近日，大湾区大学（筹）物质科学学院苏强课题组与南方科技大学陈树明教授合作，在量子点发光二极管（QLED）的电子输运机理方面，取得新进展。相关成果以 “Tracing the electron transport behavior in quantum-dot light-emitting diodes via single photon counting technique” 为题发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。苏强助理教授为第一作者，陈树明教授为通讯作者。大湾区大学（筹）物质科学学院为论文第二完成单位。该研究得到国家自然科学基金、深圳市基础研究项目等的资助。
作为一种电光转换器件，QLED消耗电子并将其转化为光子。如果所有注入QLED的电子都在量子点内被转化为光子，则可以实现100%的量子转换效率。然而，并非注入的所有电子都能转换为光子，这些未在量子内复合并辐射光子的电子被称为泄漏电子，它们将能量最终以焦耳热的形式耗散，降低了器件的效率和寿命。泄漏电子为何不能在量子点内部复合？它们在QLED内部究竟是如何输运的？这些基本问题目前尚不清楚，限制了QLED性能的提升。俗话说水过留痕，雁过留声，泄漏电子经过的路径，一定会留下一点蛛丝马迹，如泄漏电子经过载流子传输层时，可能会在载流子传输层上复合，产生微弱的荧光信号。通过监测不同功能层产生的荧光信号，可以反过来追踪泄漏电子的输运路径。但是，由于泄漏电子产生的荧光信号极其微弱，目前的表征手段和测量方法并不能准确的捕捉到这些极弱的信号。
鉴于此，本项工作开发了一套基于EL-PL联合测试技术和SPC技术的新型表征方法。EL-PL联合测试技术（图1），可监测加电状态工况条件下量子点的本质发光，并可表征泄漏电子对QLED性能的影响；而SPC技术（图2），可追踪到非常微弱的、由泄漏电子产生的荧光信号。最终，该研究成功追踪到泄漏电子的输运行为，并精确地描绘出了QLED内的电子在不同驱动电压下的输运路径（图3）。结果表明，QLED在小电流和大电流驱动条件下，电子向传输层泄漏，以及发生界面复合泄漏，均是造成QLED性能衰减的重要因素。本项研究对电子输运行为的明确揭示不仅加深了研究者对QLED工作机制的理解，也为长寿命、低功耗、高亮度QLED的实现提供了新的思路。
图1. QLED中EL-PL联合测试原理和结果
图2. 基于SPC技术的弱光探测系统原理图以及利用SPC技术追踪电子向TFB的泄漏
图3. QLED中的电子输运路径
https://www.nature.com/articles/s41467-024-52521-0
