近日，上海大學(xué)楊緒勇/張建華教授團(tuán)隊聯(lián)合美國密歇根大學(xué)，在頂級學(xué)術(shù)期刊《Nature Photonics》發(fā)表的最新研究中，通過創(chuàng)新的"局部晶格軟化"策略，成功突破單組分白光量子點 LED（sc-WQLED）的性能瓶頸，將其效率與壽命提升至商用水平，為環(huán)保型量子點技術(shù)產(chǎn)業(yè)化鋪平道路。

單組分白光量子點LED因低工作電壓、光譜穩(wěn)定等優(yōu)勢，被視為下一代顯示與照明的潛力選手。但長期以來，其發(fā)展受限于兩大核心難題：一是高效白光發(fā)光材料的缺乏，導(dǎo)致外量子效率（EQE）普遍低于2%，遠(yuǎn)落后于有機(jī)白光LED；二是現(xiàn)有通過自陷激子（STE）產(chǎn)生寬帶白光的方案，始終面臨 "效率與穩(wěn)定性不可兼得" 的困境——要么電荷傳輸能力差，要么結(jié)構(gòu)易失效，嚴(yán)重制約器件性能。

針對這一 "卡脖子" 問題，上海大學(xué)楊緒勇/張建華團(tuán)隊提出了局部晶格軟化新策略：通過鹵素離子（Cl?）異價摻雜ZnSe量子點核，在強共價鍵ZnSe基質(zhì)中構(gòu)建局部軟化晶格區(qū)域。理論計算表明，摻雜后形成的Zn-Cl離子鍵（軟化區(qū)）與Zn-Se共價鍵（剛性區(qū)）產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)：軟化區(qū)增強電子-聲子耦合，實現(xiàn)高效黃光STE發(fā)射（525 nm）；剛性區(qū)則保留了藍(lán)光激子發(fā)射（450 nm）和優(yōu)異的電荷傳輸能力。這一設(shè)計從根本上解決了STE材料 "效率低、不穩(wěn)定" 的固有矛盾。

基于上述創(chuàng)新設(shè)計，團(tuán)隊成功制備出Cl:ZnSe/ZnSe/ZnS核殼量子點，其光致發(fā)光量子產(chǎn)率高達(dá)83%。以此為核心的sc-WQLED器件，性能實現(xiàn)跨越式突破：

效率躍升：最高外量子效(EQE)達(dá)15%，平均10.5±2.6%，首次將 sc-WQLED效率提升至商用級水平；

超高亮度：亮度突破 26,000 cd/m2，滿足大尺寸顯示與高亮度照明需求；

超長壽命：在初始亮度100cd/m2 下，壽命(T??)超2500小時；

光譜穩(wěn)定：在80–300K寬溫度范圍內(nèi)無光譜漂移，保持了穩(wěn)定的發(fā)射特性。

此外，該器件采用無重金屬設(shè)計，避免了傳統(tǒng)量子點中鎘、鉛等元素的環(huán)境危害，為 "綠色發(fā)光器件" 提供了全新解決方案。

圖1:白色量子點的制備和結(jié)構(gòu)分析

圖2:白色量子點的發(fā)光機(jī)制和光學(xué)性質(zhì)

圖3:白色量子點的超快激子動力學(xué)和能帶結(jié)構(gòu)

圖4:基于單組分量子點的白光發(fā)光二極管 sc-WQLED器件結(jié)構(gòu)和性能

隨著消費電子對 "低耗、環(huán)保、高清" 的需求升級，無重金屬量子點技術(shù)正成為產(chǎn)業(yè)競爭的新焦點。

該項研究不僅填補了單組分白光量子點 LED 的性能空白，更通過創(chuàng)新的晶格工程策略，為光電材料設(shè)計提供了新思路，有望推動顯示與照明產(chǎn)業(yè)向 "更高效、更綠色、更低成本" 轉(zhuǎn)型，未來在智能家居、可穿戴設(shè)備、戶外照明等領(lǐng)域?qū)⒄宫F(xiàn)廣闊應(yīng)用前景。

來源：上海大學(xué)紹興研究院

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