来源:光电未来
纳米晶ZnO和表面镁修饰ZnO (ZnMgO)薄膜作为电子注入层(EILs)在各种溶液处理的光电器件中占主导地位,包括量子点(QD)发光二极管(QLED),钙钛矿LED, QD激光二极管,QD光电二极管和太阳能电池。在QLED的情况下,纳米晶EIL的n型属性不仅对电子传导/注入和空穴阻塞至关重要,而且对于促进具有挑战性的空穴注入也至关重要。然而,由于纳米晶晶格内掺杂物的形成能很高,传统的块状半导体掺杂策略对纳米晶EILs并不有效,而且对其性质知之甚少且难以控制。例如,最先进的QLED需要用含有挥发性酸的树脂封装,这会导致不稳定的正老化。这种现象可能是由EIL的n型特性的长时间和不可控的调谐引起的。
普通照明目前依靠电能和光的下转换发射,功率效率较低,占全球电力消耗的15%。LED的能量效率最好通过其外部功率效率(EPE)来体现,EPE有三个组成部分:光提取效率(LEE)、内部量子效率(IQE)和带隙电压Vp (Vp = hv/e,其中hv为平均发射光子能量,e为基本电荷)与驱动电压V的比值,表示为:
(EQE,外量子效率)。实现高EPE主要是在尽可能低的驱动电压下最大化亮度,同时保持高IQE。GaN量子阱LED与荧光粉和OLED遭受低IQE和/或次优
在必要的亮度水平上的比率,导致理论EPE约为30%。在亚带隙电压下工作的QLED提供了一种潜在的解决方案,可以最大限度地减少普通照明中的下转换能量损失。尽管已经取得了10年的进展,但制造具有照明级亮度的节能QLED仍然是一个谜。
浙江大学彭笑刚、林星等人通过简单的还原处理,开发了一种重氮掺杂的纳米晶体电子注入层,具有高1000倍的电子导电性和改善空穴注入势垒。由此产生的子带隙驱动的量子点发光二极管表现出最佳的效率和非凡的高亮度,超过目前的基准至少2.6倍,并且达到适合量子点激光二极管的水平,只有适度的偏倚。这一突破进一步使白光量子点发光二极管超过2035年美国能源部一般照明的目标,目前占全球电力消耗的约15%。本工作为理解和优化各种类型的溶液处理光电器件共享的纳米晶体半导体中的载流子输运打开了一扇门。