近日，大連化物所化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究室超快時(shí)間分辨光譜與動(dòng)力學(xué)研究組(1110組)金盛燁研究員、田文明研究員團(tuán)隊(duì)在量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLED)電荷動(dòng)力學(xué)檢測(cè)新方法以及效率影響機(jī)制研究中取得系列進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)搭建了電致瞬態(tài)吸收光譜(E-TA)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下QLED中電子濃度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電子泄露程度的動(dòng)力學(xué)探測(cè)，獲得了影響器件效率的關(guān)鍵因素。
QLED作為新一代照明顯示技術(shù)，具有發(fā)光窄、色域?qū)捄图兌雀叩忍攸c(diǎn)。由于缺乏有效的電注入動(dòng)力學(xué)檢測(cè)方法，目前，針對(duì)QLED的研究多集中在器件結(jié)構(gòu)與工藝優(yōu)化上，對(duì)于器件在運(yùn)行條件下電荷動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究鮮有報(bào)道。針對(duì)QLED電注入過(guò)程中系列關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)搭建了E-TA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了器件運(yùn)行狀態(tài)下量子點(diǎn)漂白信號(hào)、斯塔克信號(hào)，以及空穴傳輸層(HTL)的三重態(tài)激發(fā)態(tài)吸收信號(hào)解析。獲得了器件運(yùn)行過(guò)程中量子點(diǎn)層中電子濃度，量子點(diǎn)層兩側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度，以及泄露到HTL中的電子濃度變化，揭示了QLED運(yùn)行中電子注入、電場(chǎng)變化和電子泄露動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
通過(guò)統(tǒng)計(jì)器件中電子濃度與效率的關(guān)系，團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)QLED中電子積累對(duì)器件效率同時(shí)存在由于抑制缺陷復(fù)合導(dǎo)致的正向作用，以及俄歇復(fù)合和電子泄露導(dǎo)致的反向作用。兩種作用的相對(duì)大小取決于量子點(diǎn)質(zhì)量，在缺陷較少的量子點(diǎn)中，反向作用占主導(dǎo)，缺陷較多的量子點(diǎn)中正向作用為主。此外，通過(guò)分析器件E-TA光譜中三種信號(hào)強(qiáng)度及器件效率隨電壓的變化，團(tuán)隊(duì)揭示了器件效率滾降過(guò)程中俄歇復(fù)合、電場(chǎng)猝滅以及電子泄露所占比重。結(jié)果表明，當(dāng)電流密度達(dá)到354 mA/cm2時(shí)，器件外量子效率從26.8%降到20.5%，其中電子泄露的貢獻(xiàn)占比95%，電場(chǎng)猝滅占比約5%，俄歇復(fù)合和熱猝滅作用影響可以忽略。該工作對(duì)于理解QLED中電注入載流子動(dòng)力學(xué)機(jī)制，以及獲得器件效率影響因素具有重要意義，為高性能QLED制備奠定了動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)。
相關(guān)成果分別以"Probing the Operation of Quantum-Dot Light-Emitting Diodes Using Electrically Pumped Transient Absorption Spectroscopy"為題，發(fā)表在《物理化學(xué)快報(bào)》(The Journal of Physical Chemistry Letters)；以“Elucidating the Impact of Electron Accumulation in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”為題，發(fā)表在《納米快報(bào)》(Nano Letters)；以“Quantifying Efficiency Roll-Off Factors in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”為題，發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)上。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)、遼寧省興遼英才計(jì)劃青年拔尖人才、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 閆憲昌)
