中国科大在环保型磷化铟量子点LED工作机制研究中取得重要进展

中国科学技术大学物理学院樊逢佳教授与河南大学申怀彬教授携手合作，利用EETA技术深入研究了绿色磷化铟基量子点发光二极管的关键科学问题，成功实现了绿色磷化铟基量子点LED的峰值外量子效率（EQE）达到26.68%，亮度突破270,000 cd/m2，并在初始亮度1,000 cd/m2下，T95（亮度衰减到起始值的95%）寿命长达1,241小时，刷新了世界纪录。北京时间11月20日24时，相关研究成果以“Efficient green InP-based QD-LED by controlling electron injection and leakage”为题，发表在《自然》期刊上，标志着无毒量子点LED技术取得重要进展。

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图1.电激发瞬态吸收原理及磷化铟基量子点LED的关键科学问题

LED显示照明是我国的支柱半导体产业。加快新兴显示照明LED（如量子点LED）研究，对于加强并保持我国的产业竞争优势，有着重要的意义。然而，由于缺乏原位、直观的表征手段，目前新兴LED的内部运行机制理解尚不充分，限制了新兴LED的研发速度。樊逢佳教授团队于2020年成功研发出世界首台电激发瞬态吸收（EETA）光谱仪（国家发明专利号：CN202011470295.0；PCT：WOCN21071264），这一技术可以给LED“拍片子”，全方位透视LED中的载流子和电场的时间分辨、空间分布等信息，为LED的机理研究提供关键的技术支持，推动LED领域的科学探索和技术进步。

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图2.绿色磷化铟基量子点LED改性策略及高性能器件表征

无镉无铅量子点由于其环境友好优势备受青睐，韩国三星集团投入巨大资源，于2019年和2020年分别发表两篇《自然》论文，展示他们在红蓝两色器件中所取得的进展。然而，绿色无镉量子点LED（目前主要采用磷化铟基量子点）在效率和寿命方面远落后于红色和蓝色环保型量子点LED，成为制约环境友好型全彩量子点LED产业化的关键。樊逢佳教授联合研究团队最新研究表明，当前绿色磷化铟基量子点LED性能较低的主要原因在于电子注入不足和严重的电子泄漏。为此，研究团队提出采用“低、宽势垒”的设计方案，既提升了电子注入效率，又有效抑制了漏电现象。通过这一优化，研究团队成功刷新了世界纪录。

河南大学博士研究生卞阳阳和中国科学技术大学博士研究生严笑寒为该论文共同第一作者；河南大学申怀彬教授和中国科学技术大学樊逢佳教授、北京交通大学唐爱伟教授、河南大学陈斐博士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委-区域创新发展联合基金、国家重点研发计划等项目支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08197-z