近日，beat365官方网站現代光學研究所、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室“極端光學團隊”高宇南課題組與合作者，通過改變襯底的表面特性和溶液内納米晶的相互作用，成功實現具有高度空間和光輻射偶極矩取向的量子阱自組裝層，并由此制備出了高性能的膠體量子阱發光二極管。相關研究成果以“基于自組裝膠體量子阱的高效發光二極管”（Highly Efficient Light-emitting Diodes based on Self-assembled Colloidal Quantum Wells）為題發表于《先進材料》（Advanced Materials）上。

基于納米晶的發光二極管具有低成本、高發射效率、窄光譜、長壽命等優點，因而在下一代高清顯示技術與照明應用中均具有巨大潛力。此前，納米晶-發光二極管領域已取得了重大進展，展現了接近30%的高外量子效率和超過10,000小時的壽命。然而，器件中外量子效率的進一步提升受到了外耦合因子的限制，這是決定器件最大光提取效率的關鍵參數。各項同性納米晶的垂直躍遷偶極矩動量因與金屬電極産生較強的耦合并以等離激元模式損失了大部分能量。因此，提高水平躍遷偶極矩動量分布一直被認為是提升外量子效率的重要方法，圖1。

圖1. 正式納米晶發光二極管器件結構的裝置示意圖

為實現提高水平躍遷偶極矩動量分布以提高外耦合因子，研究團隊對具有片狀形貌的膠體量子阱納米晶體系開展了從合成方法（Adv. Opt. Mater. 2022, 10, 2200469; Small, 2022, 18, 2204120），自組裝控制(J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 11, 4524)，激子物理(Nano Res.  2023，16, 10420)，到納米晶LED (J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 39, 9051)器件物理，以及微納激光(ACS Photonics 2023, 10, 5, 1397)的系統性研究工作。在前期工作的積累之上，在此研究工作中研究團隊考慮了不同襯底平整度與膠體量子阱之間的相互作用，通過易與電緻發光器件相結合的旋塗法成功制備了方向性一緻的發光自組裝層。通過對後焦面成像得到的動量空間分布結果進行拟合，可以得到發射層的面内躍遷偶極矩動量分布高達95%（圖2），最高實現了37%的外耦合效率。

圖2. a)量子阱在不同襯底上的排列示意圖。b)後焦面圖像。c)不同薄膜的偶極矩取向分布對比。

研究團隊并在膠體量子阱發光二極管中引入新型聚合物傳輸層PF8Cz。PF8Cz聚合物含有剛性、平面的咔唑單元，并與芴單元共聚。與傳統的TFB傳輸層相比，這一特性導緻了較淺的最低未被占據分子軌道能級并有效抑制了無序性，使得電子從發光層轉移到空穴傳輸層具有更大的勢壘。最終，外量子效率達26.9%的高穩定性膠體量子阱發光二極管被實現，超過了此前常規膠體量子阱發光器件的性能，展示了其在光電子領域的潛在應用價值。

圖3. a) 量子阱器件的HADDF-STEM橫截面圖像。 b)放大圖。 c)基于TFB或PF8Cz器件中的電子傳輸示意圖。 d)電緻發光光譜。 e)外量子效率-電壓曲線。

發表成果中，beat365官方网站現代光學研究所博士研究生朱雲柯、浙江大學光電科學與工程學院及劍橋大學卡文迪許實驗室鄧雲洲博士為共同第一作者，高宇南研究員及浙江大學化學系金一政教授為共同通訊作者，合作者包括beat365官方网站、浙江大學化學系、beat365電子顯微鏡實驗室多位研究人員。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、介觀物理國家重點實驗室，教育部納光電科學研究中心，beat365長三角光電研究院等的支持。

論文原文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305382