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上海大學(xué)取得環(huán)保型藍光量子點發(fā)光二極管(QLED)的突破性研究成果

來源:投影時代 更新日期:2025-03-13 作者:佚名

    3月5日,上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院新型顯示技術(shù)及應(yīng)用集成教育部重點實驗室楊緒勇教授、張建華教授團隊聯(lián)合吉林大學(xué)張佳旗教授團隊以“Homogeneous ZnSeTeS Quantum Dots for Efficient and Stable Pure Blue LEDs”為題,在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Nature》上發(fā)表關(guān)于環(huán)保型藍光量子點發(fā)光二極管(QLED)的突破性研究文章。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-025-08645-4

    楊緒勇教授自2015年在上海大學(xué)組建納米光電材料與器件團隊以來,經(jīng)過近10年的持續(xù)拼搏,團隊不斷攻克領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)技術(shù)難題,該項成果也是楊緒勇教授團隊繼2023和2024年在《Nature》上作為通訊作者發(fā)表雜化半導(dǎo)體LED領(lǐng)域研究論文以來(Nature 2023,622, 493-498; Nature 2024,631,73-79),在該領(lǐng)域取得的又一重大研究進展。

    上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院依托機械工程國家一流學(xué)科,長期以來面向世界科技前沿開展研究。此次研究成果是由上海大學(xué)與吉林大學(xué),TCL集團工業(yè)研究院等單位聯(lián)合攻關(guān)、合作完成。

    其中,上海大學(xué)為第一完成單位,上海大學(xué)楊緒勇教授,張建華教授和吉林大學(xué)張佳旗教授為論文通訊作者,楊緒勇教授指導(dǎo)的機自學(xué)院博士后吳倩倩(上海大學(xué)碩士及博士畢業(yè))和曹璠(上海大學(xué)碩士畢業(yè))為論文共同第一作者,上海大學(xué)余文可、王勝博士,TCL集團工業(yè)研究院侯文軍博士、蘆子哲博士、曹蔚然博士,吉林大學(xué)張曉宇教授,復(fù)旦大學(xué)楊迎國教授,澳大利亞科廷大學(xué)夾國華教授為論文合作署名作者。研究成果得到了國家自然基金委、上海市科委和上海市教委等研究機構(gòu)的項目資助。

    量子點顯示以其更為優(yōu)秀的色彩表現(xiàn)力,已成為引領(lǐng)新型顯示產(chǎn)業(yè)迭代升級的關(guān)鍵驅(qū)動力之一。近期,科學(xué)家們對譽為終極量子點顯示技術(shù)的電致發(fā)光量子點發(fā)光二極管的研究與探索持續(xù)發(fā)力,取得了令人矚目的突破性進展。

    目前,紅、綠光QLED性能已能夠與商業(yè)有機LED (OLED)相媲美。而相比之下,由于更高的工作電壓及需要克服更大的空穴注入勢壘等原因,導(dǎo)致藍光QLED器件性能進展落后,尤其是環(huán)境友好型的無重金屬器件的發(fā)展更為遲緩,嚴重阻礙了QLED顯示技術(shù)的商業(yè)化進程。

    ZnSeTe量子點被視為環(huán)保型藍光量子點的理想之選,但其存在活潑金屬Te(Ten≥2)易聚集的現(xiàn)象,由此產(chǎn)生的等電子中心引起了較低能量的尾部缺陷發(fā)射,嚴重降低了其發(fā)光效率、色純度及穩(wěn)定性。該研究揭示:Te前驅(qū)體(如TOP-Te)相比于Se-類似物的高反應(yīng)活性導(dǎo)致了合金量子點中富Te和貧Te區(qū)域的不均勻分布,從而產(chǎn)生帶隙差異引起的光譜變寬。

    量子點富Te區(qū)域的堆垛層錯也降低了輻射復(fù)合和量子點晶格穩(wěn)定。尤其,ZnSeTe量子點中相鄰的Te原子會形成等電子中心,產(chǎn)生短程勢作用力以捕獲空穴,并進一步誘導(dǎo)形成價帶頂上方的深空穴局域態(tài)吸引電子形成激子,產(chǎn)生了較低能量的尾部發(fā)射,致使量子點的色彩表現(xiàn)和穩(wěn)定性變差。

    為解決這些關(guān)鍵難題,研究團隊提出了一種通過等電子調(diào)控抑制含Te量子點組分不均勻的策略,通過引入具有適當(dāng)反應(yīng)活性的亞磷酸三苯酯(TPP-S),一方面能夠使TPP平衡陰離子的反應(yīng)活性,另一方面吸電子能力更強的S能夠干擾Te周圍的空穴局域化并避免Ten≥2等電子中心形成,成功制備出均質(zhì)化的四元合金藍光ZnSeTeS量子點。

    相比傳統(tǒng)ZnSeTe量子點,ZnSeTeS量子點在色純度、激子輻射復(fù)合和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面實現(xiàn)大幅提升;谠撍脑孔狱c構(gòu)建的藍光QLED器件顯示出24.7%的外量子效率,17 nm的發(fā)光半峰寬以及接近3萬小時的T50壽命,突破了無重金屬的純藍光QLED發(fā)光效率和穩(wěn)定性的新紀錄。這一重要研究進展將推進QLED顯示技術(shù)的環(huán);M程。

    楊緒勇教授受邀為《Nature》雜志撰寫了題為“It s time to shine for LEDs made using ecofriendly quantum dots” 的Research Briefing文章(Nature, https://doi.org/10.1038/d41586-025-00640-z),該Research Briefing和Nature研究工作同天上線。被譽為“量子點藝術(shù)家”的韓國成均館大學(xué)Eunjoo Jang教授(原韓國三星先進技術(shù)研究院研究員)對該Nature工作點評:“所研發(fā)的QLED性能是非常引人注目的,其高的效率和長的壽命已超過了先前報道的器件性能!保ㄔ模篢he performance of the developed QLEDs is notable, with a high efficiency and a long lifetime that surpasses those of previously reported devices.)《Nature》應(yīng)用物理科學(xué)主編Karl Ziemelis也給予該工作高度評價:“文章的魅力在于作者們研發(fā)了一種抑制組分不均勻的策略制備了非鎘量子點,實現(xiàn)了與最好Cd基藍光LED媲美的高效率、長壽命和光譜純正的器件!保ㄔ模篢he appeal of this paper is that the authors have developed a strategy for preparing Cd-free quantum dots that suppresses compositional heterogeneities, enabling devices with efficiencies, lifetimes and spectral purities that rival the best Cd-based blue LEDs.)

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