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项目名称:高性能量子点发光二极管

项目第一完成单位:化学系 材料科学与工程学院 项目负责人:彭笑刚 金一政

 

项目简介

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 光是能量的一种形式。当某物质中电子从一个高能级跃迁到一个相对较低的空能级,将会释放出能量。如果这份能量以光的形式表现出来,我们即将会看到这个物质在发光。这便是我们常说的电子空穴复合,辐射出光子。在半导体材料中,所谓空穴即指价带能级中不被电子占据的空能级状态。然而能复合的电子和空穴在物质中并不是常存在的,需要电激发或光激发。发光二极管(LED)便是电激发的一种。

LED通电时,电子和空穴分别从阴极和阳极注入,在电场作用下发生迁移,当它们相遇时有可能发生复合。我们常会为电子空穴的相遇复合提供一个介质,以提高其发光的效率。这个介质便是我们通常了解的发光材料。

量子点是一种非常优异的发光材料,它具有优异的光学性质和溶液可加工性。受量子限域效应作用,其能带结构发生变化,发光光谱随尺寸可调,发光半峰宽很窄。不同尺寸的量子点,我们将会看到不同的颜色,而且色彩非常鲜艳,从红光到蓝光,色彩斑斓,而且其发光量子效率可以高达100%。

采用量子点来制备LED,有望结合GaN量子阱LED与OLED两者的优势,而克服两者的缺点,成为新一代的显示和照明光源。但尽管已经经过20年发展,QLED的综合性能——包括效率、寿命、加工工艺——还远远落后于人们的期待。量子点价带能级较深,在QLED器件中不易于空穴有效注入,但由于导带能级匹配,电子却可被有效注入。因此目前QLED器件中,普遍存在载流子注入不平衡的问题。电子和空穴数量不匹配,不能一对一复合,必然降低了发光效率。

我们团队开创性地提出全新的器件结构,在电子传输层和量子点发光层间插入一层超薄绝缘层。这一绝缘层,可有效抑制电子过多注入,使得QLED器件中载流子平衡注入;同时能保持量子点高发光效率,实现LED高效率发光,提升器件稳定性。我们团队研究成果创造了目前溶液工艺制备红光LED的最高效率。通过加速衰减测试实验,QLED器件在初始亮度为100Cd/m2的实用条件下,半衰寿命超过十万小时。这将预示着,QLED有望在照明与显示两个产业中扮演重要角色。

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项目团队

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  彭笑刚课题组(http://www.chem.zju.edu.cn/xpeng/index.htm)长期聚焦于量子点合成化学研究。

  金一政课题组(http://www.chem.zju.edu.cn/yzjin/home.html)致力于研究与溶液工艺光电器件相关的材料化学/器件工程/器件物理。

  该项目是典型的学科交叉研究。在过去两年中,两个课题组紧密合作,均对QLED器件的结构设计和加工工艺等方面的创新有原创贡献。

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