2025年3月5日，上海大學新型顯示技術及應用集成教育部重點實驗室楊緒勇教授、張建華教授團隊與吉林大學張佳旗教授團隊合作，在國際頂級學術期刊Nature上發(fā)表題為 “Homogeneous ZnSeTeS Quantum Dots for Efficient and Stable Pure Blue LEDs”的重要研究成果。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08645-4 。

研究背景與挑戰(zhàn)

無重金屬藍色量子點發(fā)光二極管（QLEDs）因環(huán)保優(yōu)勢備受關注，但其電致發(fā)光性能顯著低于含鎘器件。ZnSeTe量子點作為理想替代材料，面臨兩大核心問題：  

1. 成分不均勻性：碲（Te）易聚集形成電子中心，導致發(fā)光光譜展寬、顏色不純（如低能尾發(fā)射）和結(jié)構失穩(wěn)。  

2. 穩(wěn)定性不足：Te的高反應性和氧敏感性易引發(fā)晶格缺陷和非輻射復合，降低器件壽命。  

關鍵技術：等電子控制策略  

本文提出硫（S）配位亞磷酸三苯酯（TPP-S）的等電子控制策略，構建均勻四元合金ZnSeTeS量子點，具體機制如下：  

• 反應性平衡：TPP-S中TPP的低電子捐贈能力削弱磷-硫鍵，促進陰離子前驅(qū)體（Se、Te、S）反應性均衡，抑制Te富集區(qū)域形成，實現(xiàn)成分均勻化。  

• 空穴局域化抑制：高電負性S通過干擾Te周圍載流子分布，減弱空穴束縛，減少電子中心，提升發(fā)光純度（PL光譜中低能峰強度比從0.79降至0.46）。  

• 結(jié)構穩(wěn)定性增強：S的引入增加量子點配置熵，消除堆垛層錯和氧缺陷（如QD-2中TeO信號消失），降低非輻射復合密度，同時通過晶格收縮（Zn-Se鍵長從2.7 ?縮短至2.4 ?）提升熱穩(wěn)定性（PL強度在150°C下64小時保持97%）。  

量子點表征與性能  

• 發(fā)光效率：ZnSeTeS量子點（QD-2）實現(xiàn)近100%光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）純藍色發(fā)射峰460 nm，半峰寬僅14 nm，CIE坐標（0.14, 0.06）滿足Rec. 2020色域標準。  

• 均勻性驗證：X射線光電子能譜深度剖析顯示，QD-2中Te和S徑向分布均勻，而QD-1（不含S）存在Te聚集核心。  

• 單量子點分析：QD-2的單顆粒PL光譜標準偏差（σFWHM）僅10.65 meV，遠低于QD-1的20.57 meV，證實成分均一性顯著提升。  

器件結(jié)構與性能  

器件架構：采用ITO/PEDOT:PSS/PF8Cz/QDs/ZnMgO/Al結(jié)構，

• 其中PF8Cz（聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-alt-(9-(2-乙基己基)-咔唑-3,6-二基)）作為空穴傳輸層，

• 其能級匹配（ HOMO約-5.4 eV）可有效促進空穴從PEDOT:PSS向量子點層的傳輸，同時平衡電子-空穴注入比例，減少載流子復合損耗。  

電致發(fā)光性能：  

• 效率：外量子效率（EQE）達24.7%，為無重金屬藍色QLEDs最高值之一，超越多數(shù)含鎘QLEDs和鈣鈦礦LEDs。  

• 穩(wěn)定性：初始亮度2000 cd/m2時，半壽命（T50）為112.6小時；換算至100 cd/m2時，壽命接近30,000小時，顯著優(yōu)于對照器件（QD-1）。  

• 大面積均勻性：2×1 cm2器件亮度均勻性達1297±11 cd/m2，驗證工藝可靠性。  

結(jié)論與意義

本研究通過TPP-S配位策略實現(xiàn)ZnSeTeS量子點的成分均勻化與結(jié)構穩(wěn)定化，結(jié)合PF8Cz空穴傳輸層的能級調(diào)控，制備出高效穩(wěn)定的純藍色QLEDs。該工作為無重金屬發(fā)光材料提供了新范式，推動環(huán)保型顯示技術向高色域、長壽命方向發(fā)展。  

PF8Cz作用總結(jié)：作為空穴傳輸層，PF8Cz通過匹配能級促進空穴傳輸，平衡載流子注入，提升器件效率與穩(wěn)定性，是實現(xiàn)高EQE和長壽命的關鍵組分之一。