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设计空穴传输层提高量子点LED显示屏的稳定性

滑铁卢大学的研究人员展示了一种通过优化器件中的空穴传输层(HTL)来显着提高量子点LED (QDLED)显示器寿命和稳定性的新方法。


(a) QDLED的结构由夹在阳极和阴极之间的几层组成。其中包括电子传输层(ETL)、量子点发射层、空穴传输层(HTL)和空穴注入层(HIL)。(b)能量带图描绘了每一层的能级。ETL、QD和HTL能级的相对排列有利于电子和空穴注入到发射光的QD层。(c)两种有机HTL材料的化学结构- CBP和工程Tris-PCz。它们的能级稍有不同。(d)图表显示了CBP或Tris-PCz HTL的QDLED的外量子效率(EQE)随电流密度的变化情况。EQE表示通过器件产生光的电子的百分比。(e)类似的图表,但用于测量亮度与电流的电流效率(CE)。(f)添加CBP和Tris-PCz的qdled的发射光谱。它们都在630纳米处显示出一个峰值,表明大多数光来自量子点。(来源:自然)


QDLED由于具有精确调节颜色发光的能力,正在成为下一代显示技术。然而,QDLED显示屏的使用寿命仍然落后于OLED。这部分归因于向量子点注入电子和空穴的不平衡,留下多余的电子,随着时间的推移会降低性能。


在他们的研究中,来自澳大利亚电子与计算机工程系和滑铁卢纳米技术研究所的研究人员探索了使用一种名为Tris-PCz的工程有机分子作为HTL而不是传统材料CBP。Tris-PCz具有更高的LUMO(最低未占据分子轨道——一种测量电子传输势垒的方法)能级,可以作为防止电子从量子点溢出到HTL的屏障。


这种电子阻挡特性也会导致量子点/ html界面上的电子积累。有趣的是,研究人员发现,这实际上有助于从HTL向量子点注入空穴,从而实现更好的电荷平衡。


量子点层内的受限复合可以提高效率和稳定性。在QDLED设备中进行测试时,Tris-PCz HTL设备的寿命比CBP HTL设备延长了20倍。


“这项工作确实突出了HTL工程和设计在实现稳定高效的QDLED方面的关键作用,”该研究的负责人Fatemeh Samaeifar博士说。“通过我们的方法,我们可以在显示器的实际亮度下实现超过16万小时的寿命,这是一个重大的飞跃。”


根据研究人员的说法,这些发现为QDLED组件的持续优化铺平了道路,以释放量子点显示器在色彩质量,效率和寿命方面的全部潜力。他们的设计策略也可以应用于进一步提高钙钛矿LED等新兴技术的性能。


参考文献

Samaeifar, F., Azadinia, M. & Aziz, H. Lifetime enhancement in QDLEDs via an electron-blocking hole transport layer. Sci Rep 13, 18698 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-45907-5