福州大學(xué)李福山教授團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了目前最快的量子點(diǎn)納秒級(jí)穩(wěn)態(tài)電致發(fā)光響應(yīng)。團(tuán)隊(duì)提出了一種量子點(diǎn)結(jié)晶調(diào)控策略，通過將離子液體引入量子點(diǎn)（QDs）的結(jié)晶過程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子點(diǎn)表面結(jié)晶的有效控制。通過在一定程度上的結(jié)晶延緩過程，很好的降低了量子點(diǎn)表面積比和缺陷數(shù)量，并實(shí)現(xiàn)了電荷注入的有效優(yōu)化。此外，團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合高分辨圖案化技術(shù)，進(jìn)一步突破了器件RC常數(shù)的瓶頸，最終實(shí)現(xiàn)了納秒級(jí)響應(yīng)的超高分辨率鈣鈦礦QLED。其中，響應(yīng)速度突破百納秒級(jí)，分辨率高達(dá)9072PPI，器件效率高達(dá)15.79%。這項(xiàng)研究提出了一種量子點(diǎn)結(jié)晶控制策略，解決了以往量子點(diǎn)結(jié)晶控制困難，表面缺陷多和結(jié)晶度較差的問題，所突破的納秒級(jí)電致發(fā)光響應(yīng)為鈣鈦礦QLEDs在未來的超高分辨率和超高刷新率顯示應(yīng)用提供了一種全新的解決方案。

該成果以“Nanosecond response perovskite quantum dot light-emitting diodes with ultra-high resolution for active display application”為題于8月21日在線發(fā)表于《Light: Science & Applications》。論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01959-y

研究背景

近年來，低成本溶液法制備的高效發(fā)光器件“鈣鈦礦QLED”已實(shí)現(xiàn)超過20%的器件效率，在AR/VR等未來近眼顯示應(yīng)用中具有重要前景。然而，顯示器的刷新率未來能有多高？AR/VR的拖影如何徹底消除？這一切的核心取決于像素元件的響應(yīng)速度而非器件效率，這意味著鈣鈦礦QLED器件的電致發(fā)光（EL）響應(yīng)速度對(duì)未來顯示的觀影效果具有重要影響。然而，受限于載流子輸運(yùn)和器件電容（RC常數(shù)），傳統(tǒng)鈣鈦礦QLED的響應(yīng)時(shí)間多在微秒量級(jí)，成為了通往超高速顯示的“絆腳石”。理論上，器件RC常數(shù)可以縮得很短，例如達(dá)到幾納秒級(jí)，這意味著器件也可以到達(dá)納秒級(jí)響應(yīng)。然而，目前報(bào)道的響應(yīng)仍然停留在微秒級(jí)別，這是因?yàn)榱孔狱c(diǎn)的電容和電阻很難完全消除，它們很大程度上阻礙了器件響應(yīng)時(shí)間的縮短。以往的短鏈配體交換策略盡管改善了電荷的注入，但效果有限，且影響了膠體分散性。此外，量子點(diǎn)的敏感表面也增加了操作的復(fù)雜性。如何通過有效的結(jié)晶調(diào)控來改善量子點(diǎn)表面，如通過減少其表面積比，同時(shí)增強(qiáng)表面注入并減少電荷捕獲，從而減少RC時(shí)間的影響，成為一個(gè)有趣的方向。

針對(duì)以上問題,福州大學(xué)李福山團(tuán)隊(duì)提出了兩項(xiàng)策略：一是引入了咪唑類離子液體，陽離子咪唑環(huán)與八面體的緊密結(jié)合和所具備的空間位阻效應(yīng)，可有效“阻斷”A位陽離子與八面體的結(jié)晶，通過減少成核數(shù)量延長了后續(xù)的結(jié)晶生長，從而有效的改善了表面結(jié)晶，獲得優(yōu)化注入的量子點(diǎn)。此外，陰離子對(duì)表面鉛空位的有效鈍化，進(jìn)一步減少了電荷在表面的猝滅。通過這項(xiàng)設(shè)計(jì)，器件的響應(yīng)可縮短超75%。二是團(tuán)隊(duì)巧妙的將高分辨化和減少器件RC響應(yīng)時(shí)間聯(lián)系在了一起。通過電荷阻擋層PMMA的隔絕，器件被分割成若干發(fā)光面積1.3um的“小器件”，在實(shí)現(xiàn)圖案化發(fā)光的同時(shí)還有效減少了器件的電容，最終突破了微秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間的限制。

研究亮點(diǎn)

1.通過QDs表面結(jié)晶的有效設(shè)計(jì)，獲得“胖胖”的、完美的量子點(diǎn)！

量子點(diǎn)的超快結(jié)晶速度導(dǎo)致了表面的不確定性和難以操控，高表面積比和充滿缺陷的表面讓電荷注入變得困難。本研究設(shè)計(jì)了“胖胖”的、完美的量子點(diǎn)，如圖1所示，通過離子液體調(diào)控QDs的結(jié)晶，使其獲得如下優(yōu)點(diǎn)：低表面積比（高注入能力）、適配的能級(jí)（優(yōu)異界面?zhèn)鬏敚?、低表面缺陷（抑制電荷捕獲），從而獲得了一種改善量子點(diǎn)響應(yīng)速度的方法。

2.通過高分辨化和減少器件RC的有效結(jié)合，全方位圍攻“RC響應(yīng)時(shí)間”！

在不減少整體器件面積的情況下，如何減少器件的RC常數(shù)？如圖2所示，本工作提出采取圖案化的方式來實(shí)現(xiàn)這種要求。團(tuán)隊(duì)在ITO基底上構(gòu)建了蜂窩狀的圖案化PMMA功能層，利用器件空穴傳輸層（HTL）和發(fā)光層（EML）的貫穿和分隔，從而實(shí)現(xiàn)QDs層的圖案化發(fā)光和器件電容的有效抑制，最終實(shí)現(xiàn)了分辨率和效率分別為9072PPI和15.79%并且具有納秒級(jí)響應(yīng)的超高分辨率鈣鈦礦QLED，并展示了該研究在AM-QLED上的應(yīng)用前景。

圖1.QDs的結(jié)晶調(diào)控設(shè)計(jì)

圖2.器件RC響應(yīng)的調(diào)控策略

總結(jié)與展望

此研究不僅提供了一種優(yōu)化QDs表面結(jié)晶的策略，還有效結(jié)合了高分辨圖案化技術(shù)，突破了現(xiàn)有器件的微秒響應(yīng)限制，所制備的納秒級(jí)響應(yīng)的超高分辨率鈣鈦礦QLED不僅對(duì)實(shí)現(xiàn)高刷新率顯示具有重要意義，而且在未來的高速光通訊和光交互顯示中同樣具有重要的應(yīng)用前景。

論文信息

Zhang, Q., Yang, K., Luo, C., Li F., et al.Nanosecond response perovskite quantum dot light-emitting diodes with ultra-high resolution for active display application. Light Sci Appl 14, 285 (2025). https://doi.org/10.1038/s41377-025-01959-y

 （來源：光電仿生感知日記）