量子點(diǎn)（quantum dots,QDs）是一種尺寸介于1～10 nm的準(zhǔn)零維納米材料，自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于具有發(fā)射光波長(zhǎng)可調(diào)諧、色純度高、穩(wěn)定性高，激發(fā)光譜寬等優(yōu)異的光電性質(zhì)[1-2]，成為光電、生物、能源等多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在眾多量子點(diǎn)材料中，Cd族量子點(diǎn)發(fā)展Z為成熟，以其作為發(fā)光材料制備的QLED器件性能已經(jīng)達(dá)到顯示應(yīng)用的商業(yè)要求[3-4]，但其固有的重金屬毒性限制了大規(guī)模的應(yīng)用和發(fā)展。與之相比，In P QDs由于無(wú)毒且發(fā)光性能好，成為替代Cd族量子點(diǎn)的主要選擇。近幾年，以In P作為發(fā)光層制備的QLED也取得了很大的性能提升，紅光QLED的外量子效率（external quantum efficiency,EQE）達(dá)到了22.56%[5]，但綠光和藍(lán)光分別只有16.3%[6]和2.8%[7]，仍然有較大改進(jìn)空間。

1 In P量子點(diǎn)

In P QDs作為一種無(wú)毒量子點(diǎn)，被業(yè)界認(rèn)為是可以有效替代Cd族和含鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)的潛力軍，其波爾半徑大約為10 nm，通過(guò)尺寸調(diào)諧發(fā)射波長(zhǎng)可以覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光范圍。目前In P QDs主要通過(guò)油相溶膠-凝膠法制備，因其對(duì)水氧較為敏感，所以需在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行[8]。由于P源的高反應(yīng)活性，在成核階段一般保持在相對(duì)較低溫度，但對(duì)于均勻緊密的殼層生長(zhǎng)階段，則需要在低反應(yīng)物濃度和高反應(yīng)溫度下進(jìn)行[9]。近些年，In P QDs的性能得到很大的提升，在光電、生物等領(lǐng)域表現(xiàn)出較大應(yīng)用潛力。

2 量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED)

2.1 QLED的結(jié)構(gòu)

QLED的器件結(jié)構(gòu)與OLED相似，主要區(qū)別在于其發(fā)光層是量子點(diǎn)材料。目前主流的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，包括正式（conventional）結(jié)構(gòu)和反式（inverted）結(jié)構(gòu)，兩者的區(qū)別在于氧化銦錫（indium tin oxide,ITO）在當(dāng)中的角色是陽(yáng)極還是陰極。在當(dāng)前的研究進(jìn)展中，正式結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了更高的效率；反式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相對(duì)較晚，效率相對(duì)較低，但這種結(jié)構(gòu)更易于直接與薄膜晶體管（thin film transistor,TFT）結(jié)合應(yīng)用于顯示器件，而且氧化物電子傳輸層（electron transport layer,ETL）在制備過(guò)程中率先進(jìn)行退火，不影響后續(xù)膜層的制備。

圖1 QLED器件的典型結(jié)構(gòu)

2.2 QLED的發(fā)光原理

量子點(diǎn)作為發(fā)光材料，其發(fā)光方式有兩種：光致發(fā)光和電致發(fā)光。前者中主要是量子點(diǎn)通過(guò)被光激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，退激發(fā)輻射復(fù)合發(fā)光；后者中電子和空穴通過(guò)電注入產(chǎn)生，并在有源區(qū)發(fā)生輻射復(fù)合發(fā)光。QLED是一種電致發(fā)光器件，其發(fā)光原理是空穴和電子分別通過(guò)陽(yáng)極和陰極，經(jīng)空穴傳輸層和電子傳輸層到達(dá)發(fā)光層。在之前的研究中，學(xué)者們普遍采用半導(dǎo)體材料電致發(fā)光原理，認(rèn)為當(dāng)在QLED中注入的電子和空穴在材料中距離足夠近時(shí)，就可以依靠庫(kù)倫作用力結(jié)合形成激子。但是Z近的研究[10]表明，在QLED中激子的產(chǎn)生經(jīng)歷了“基態(tài)—負(fù)電中間態(tài)—激子態(tài)”的過(guò)程，見(jiàn)圖2。在該過(guò)程中由于電子傳輸性能更優(yōu)異，導(dǎo)致量子點(diǎn)可以率先獲得電子成為負(fù)電中間態(tài)。負(fù)電態(tài)一方面抑制了電子的進(jìn)一步注入，另一方面給本來(lái)注入效率相對(duì)較低的空穴提供了注入動(dòng)力。

圖2 QLED的發(fā)光原理[10]

文章引用

[1]崔忠杰,梅時(shí)良,郭睿倩.InP量子點(diǎn)發(fā)光二極管研究進(jìn)展[J].光源與照明,2022,(S1):118-122+128.

InP量子點(diǎn)因其發(fā)光性能優(yōu)異和無(wú)毒的優(yōu)勢(shì)，替代Cd族和含鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)成為量子點(diǎn)發(fā)光二極管（quantum dot light emitting diode,QLED）發(fā)光材料的主要選擇。近幾年，InP QLED器件發(fā)展迅速，紅、綠和藍(lán)光器件效率分別達(dá)到了22.56%、16.3%和2.8%，但相比于Cd族量子點(diǎn)仍有較大的研究空間。文章從不同基色I(xiàn)nP QLED中發(fā)光層優(yōu)化研究、InP QLED中載流子傳輸層研究?jī)煞矫婵偨Y(jié)了InP QLED的研究進(jìn)展，內(nèi)容主要集中于發(fā)光層材料的優(yōu)化和界面層的選擇，其性能的進(jìn)一步提升仍需著眼于材料和結(jié)構(gòu)的雙重研究。