在量子點發(fā)光二極管中觀察到上轉(zhuǎn)換電致發(fā)光，其中發(fā)射光子的能量高于激發(fā)電子的能量。南方科技大學陳樹明團隊通過研究熱能對電荷注入動力學的影響來研究其機理?；谂c溫度相關的電致發(fā)光結(jié)果和理論分析，作者發(fā)現(xiàn)在亞帶隙電壓下，通過熱輔助熱離子發(fā)射機制，空穴可以成功注入量子點，從而實現(xiàn)器件的亞帶隙開啟和上轉(zhuǎn)換電致發(fā)光。進一步的理論推導和實驗結(jié)果證實，熱輔助空穴注入是上轉(zhuǎn)換電致發(fā)光的普遍機制。這項工作揭示了電荷注入過程及亞帶隙開啟機制，為開發(fā)功率轉(zhuǎn)換效率超過100%的上轉(zhuǎn)換器件鋪平了道路。相關論文以題目為“Thermal assisted up-conversion electroluminescence in quantum dot light emitting diodes”發(fā)表在Nature Communications期刊上。
過去十年見證了量子點發(fā)光二極管（QLED）的快速發(fā)展，由于其自發(fā)光且具有高色彩飽和度、高效率和低成本可加工性的優(yōu)點，被認為是下一代顯示器的理想候選者。典型的QLED包括一個p型聚合物空穴傳輸層（HTL）、一個QD發(fā)射極和一個n型ZnO電子傳輸層（ETL），它們依次堆疊并夾在透明陽極和金屬陰極之間。通過施加電壓，電子和空穴可以克服勢壘并注入量子點，從而形成電子-空穴對（激子），這些電子-空穴對受其庫侖引力約束。激子的輻射復合導致產(chǎn)生能量為hν的光子，其大致等于或略小于量子點的帶隙能量（E g）。由于光子是由電子轉(zhuǎn)換而來的，因此，在V的外加電壓下，注入電子的能量應等于光子的能量。然而，人們觀察到在典型的QLED中，誘導620 nm紅色發(fā)射的開啟電壓可以低至1.2V，這遠小于2 V的帶隙電壓，這意味著能量為1.2 eV的電子可以上轉(zhuǎn)換為2.0 eV光子?？梢杂^察到亞帶隙開啟和上轉(zhuǎn)換EL現(xiàn)象，但其機制尚不清楚，仍在討論中。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28037-w
過去十年見證了量子點發(fā)光二極管（QLED）的快速發(fā)展，由于其自發(fā)光且具有高色彩飽和度、高效率和低成本可加工性的優(yōu)點，被認為是下一代顯示器的理想候選者。典型的QLED包括一個p型聚合物空穴傳輸層（HTL）、一個QD發(fā)射極和一個n型ZnO電子傳輸層（ETL），它們依次堆疊并夾在透明陽極和金屬陰極之間。通過施加電壓，電子和空穴可以克服勢壘并注入量子點，從而形成電子-空穴對（激子），這些電子-空穴對受其庫侖引力約束。激子的輻射復合導致產(chǎn)生能量為hν的光子，其大致等于或略小于量子點的帶隙能量（E g）。由于光子是由電子轉(zhuǎn)換而來的，因此，在V的外加電壓下，注入電子的能量應等于光子的能量。然而，人們觀察到在典型的QLED中，誘導620 nm紅色發(fā)射的開啟電壓可以低至1.2V，這遠小于2 V的帶隙電壓，這意味著能量為1.2 eV的電子可以上轉(zhuǎn)換為2.0 eV光子?？梢杂^察到亞帶隙開啟和上轉(zhuǎn)換EL現(xiàn)象，但其機制尚不清楚，仍在討論中。
對于由亞帶隙電壓驅(qū)動的典型QLED，向量子點中注入電子相對有效，但由于異質(zhì)結(jié)勢壘的存在，向量子點中注入空穴極其困難，因此大多數(shù)空穴必須在量子點/HTL的異質(zhì)界面處累積。因此，揭示空穴注入過程是解開上轉(zhuǎn)換EL機制的關鍵。大多數(shù)報告得出結(jié)論，空穴注入量子點是通過俄歇輔助過程實現(xiàn)的，在該過程中，注入的電子和累積的空穴之間形成的界面激子共振地將其能量轉(zhuǎn)移到近端空穴，從而為空穴提供額外的能量，并幫助它們克服勢壘并注入量子點。在這樣的過程中，一個量子點激子的形成應該消耗一個界面激子，因此最大內(nèi)部量子效率（IQE）被限制在50%，因此，假設典型的輸出效率為20~25%，最大外部量子效率（EQE）低于10%。（文：愛新覺羅星）
圖1與溫度相關的EL特性。
圖2 QLEDs中的電荷注入過程。
圖3不同結(jié)構(gòu)QLED中的上轉(zhuǎn)換EL。
