鈣鈦礦型量子點發光二極管（QD-LEDs）的外量子效率（EQEs）衰減問題一直難以解決。本文提出了一種新型的方法使器件的峰值EQEs為12.7%，並在高電流密度下呈現出良好的器件性能，指出了配體密度影響遷移率並揭示一個阻礙LED性能的重要問題。
QD-LEDs的外量子效率EQEs已接近外耦合效率極限。然而，這些高性能的QD-LEDs在高電流密度下仍然存在嚴重的效率衰減問題。注入的載流子越多，產生光子的效率越低，這強烈表明輻射覆合和非輻射覆合之間的比率的變化。來自吉林大學的張宇教授（通訊作者）團隊提出了一種在高電流密度下平衡載流子分佈和實現高EQEs的方法。量子點之間的平均間距減小，這有助於量子點薄膜中的載流子輸運，因此電子和空穴在量子點層中具有平衡的分佈。這些令人興奮的結果增加了輻射覆合的比例，，在500 mA cm−2（目前已知的最低衰減）時EQEs衰減為11%，而EQEs仍在11%以上。相關論文以題為“LowRoll-Off Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes Achieved by Augmenting Hole Mobility”在Advanced Functional Materials上發表。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201910140
QD-LEDs是一種以量子點為活性層的發光二極管，與有機發光二極管相比，在顯示、照明等實際應用中表現出更為豐富的顏色特性。近年來，鈣鈦礦型量子點由於其優異的性能，如在整個可見光譜範圍內的高光致發光量子產率（PL-QY）、窄發射光譜等，在QD-LEDs中顯示出很好的應用前景。已經採取了許多措施，如摻雜、合金化來增強PL-QY。通過表面鈍化、載流子輸運層改性和陰離子交換等方法來提高量子點發光二極管的性能。因此，QD-LEDs的EQEs在4年內從0.01%迅速提高到21.3%，表明鈣鈦礦型QDs是一種有前途的新一代光電半導體材料。
儘管目前QD-LEDs的發展很快，但這些器件的EQEs往往在低電流密度下獲得，在高電流密度下會出現明顯的損耗，即效率衰減。在最佳的鈣鈦礦型QD-LEDs中，在低於1mA cm−2的電流密度下獲得了最大電流EQEs；當電流密度達到100 mAcm−2時，EQEs僅為約1%，表明效率損失達到95%。這種效率損失實際上限制了可實現的亮度，並導致過度的功耗。
作者針對鈣鈦礦量子點設計了一種新型的方法，通過減小平均點間距來提高載流子的遷移率，特別是空穴的遷移率，使其更接近電子的遷移率。結果表明，在高電流密度下，俄歇複合率明顯降低。理論分析證實EQEs降低與載流子的密度和空間分佈密切相關。最後，當電流密度達到500 mA cm−2時，EQEs超過11%，EQE下降11%，成功地實現了預期的優越器件性能。
圖1。a、b）用0.6和1.0ml OLA合成的量子點的TEM圖像。比例尺：20nm。c、d）不同OLA量的量子點大小和點間距的分佈。e、f）0.6～1.0ml不同OLA含量量子點的傅里葉變換紅外光譜和核磁共振光譜。
圖2。a）LED器件的橫截面掃描電鏡圖像。刻度杆為100 nm。b）S1和S2 LED的能量圖。c）S1和S2發光二極管的電流密度-亮度-電壓特性。分別用圓和三角形繪製代表電流密度-電壓和亮度-電壓曲線的線。d、e）EQE分別作為S1和S2 LED亮度和電流密度的函數。f）峰值EQE與基於QDs（固體符號）和薄膜（開放符號）的鈣鈦礦發光二極管（具有相應顏色的不同符號）相比，是我們的器件（星形）在500 mA cm−2下的衰減性能的函數。對於工作在500 mA cm−2以下的器件，在其最大電流密度下獲得衰減性能。
圖3。a）S1和b）S2發光二極管在不同偏壓下的電致發光光譜。c、d）分別為S1和S2量子點僅電子和空穴器件的電流密度-電壓特性，具有不同坡度的線以黑色畫出。
圖4。a）S1發光二極管和c）S2發光二極管有源層載流子分佈示意圖。b）S1和d）S2發光二極管活性層的複合速率。
總的來說，本文提出了一種通過提高空穴遷移率來改善載流子空間分佈的方法。實驗成功地證實了較小的點間距是增強和平衡載體活動性的關鍵。這種改進有助於在整個QD層中均勻分佈載流子。電流密度為500 mA cm−2時，EQEs的最低衰減率為11%，這是所有報道的鈣鈦礦發光二極管中效率最低的衰減率。理論分析表明，平衡且均勻的載流子分佈可以抑制俄歇複合，從而降低EQEs下降。這項研究指出了配體密度影響遷移率並揭示一個阻礙LED性能的重要問題。（文：愛新覺羅星）
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