近日，南方科技大学电子与电气工程系（简称“电子系”）讲席教授孙小卫课题组、副教授王恺课题组联合北京有色金属研究总院教授庄卫东课题组，在蓝光InP量子点显示领域取得了研究新进展，相关成果以“InP/ZnS/ZnS Core/Shell Blue Quantum Dots for Efficient Light-Emitting Diodes”为题在国际著名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上发表。

QLED是一种以量子点作为发光材料的器件，具有色域广、光效高、耗电量低、可喷墨打印、柔性等特点。作为Ⅲ-Ⅴ半导体材料的代表，InP量子点材料具有较大的激子波尔半径，量子限域效应强，不含汞、镉、铅等重金属，同时具有优异的稳定性，以及广泛的应用前景。

QLED显示利用QD独立发射红、绿、蓝三种基色，构成一个像素，并通过调节三种颜色的比例来产生彩色像素。红绿蓝三色光源对显示都非常重要，缺一不可。目前蓝光QLED性能与红光和绿光存在较大差距，已成为制约全彩色InP QLED发展的主要瓶颈之一，并且目前主流的InP合成路线使用三（三甲基硅基）膦 [(TMS)₃P]作为P源，而(TMS)₃P的价格昂贵，与空气接触后会产生剧毒的磷化氢气体，不利于产业化合成。为此，研究团队使用价格便宜（1/80倍）、稳定性好的三（二甲基胺基）膦[(DMA)₃P]作为P源、InX₃(X=Cl、Br、I)作为In源、油胺作为溶剂。通过改变不同卤素元素的比例，可以得到不同粒径的InP核心。选择禁带宽度较大的ZnS（3.68 eV）作为壳层，将激子完全地限制在核心，避免了由于核心电子跃迁导致的光谱红移，可得到发射峰为468 nm的纯蓝光InP/ZnS量子点。

在包壳过程中加入过量的硬脂酸锌，反应结束后会形成硬脂酸锌微球，通过离心很难完全去除硬脂酸锌杂质。虽然硬脂酸锌可用氯仿作溶剂进行提纯，但由于氯仿极性强，在纯化过程中，量子点表面的配体容易脱落，从而导致量子点的QY的下降。为了彻底去除硬脂酸锌的同时减少表面缺陷的引入，研究团队加入S-TOP与硬脂酸锌反应。过量的S-TOP会与瓶内残留的硬脂酸锌发生反应生成ZnS单体。同时，生成的ZnS单体可以被包覆在InP/ZnS量子点的表面上，从而增加InP/ZnS壳层的厚度。当壳层厚度增加时，量子点的稳定性也明显提高。在365 nm 紫外灯（8 mW/cm²）照射10小时后，InP/ZnS/ZnS量子点的QY下降至50%，而InP/ZnS量子点的QD减少至23%。

图1厚壳层InP/ZnS/ZnS量子点合成示意图与稳定性测试

相对于InP/ZnS -QLED，InP/ZnS/ZnS-QLED最大电流效率由1.3 cd/A增加至3.6 cd/A，EQE由0.6%增加至1.7%，在6 V电压下，亮度由25 cd/m²增加至140 cd/m²。在8 V电压下，电流密度也由32 mA/cm²提高至125 mA/cm²。同时，由于载流子注入效率的提高，开启电压从原来的4.2 eV下降到3.1 eV。

图2 (a) QLED的能级图；(b) InP/ZnS/ZnS QDs的PL和EL光谱； (c) InP/ZnS和InP/ZnS/ZnS的器件特性电流效率与电流密度曲线；(d) EQE与电流密度曲线；(e) 电流密度与电压曲线；(e) 亮度与电压曲线

器件性能的提高主要有两个方面的原因。首先，量子点壳层厚度的增加可以降低量子点中的能量转移。其次，将剩余的硬脂酸锌与S-TOP反应，提高了空穴注入效率。该研究极大地推动了蓝光InP QLED在发光显示领域的进步。

图3 InP/ZnS-QLED和InP/ZnS/ZnS-QLED载流子注入效率的示意图

孙小卫课题组博士后张文达和课题组研究助理丁时浩为论文共同第一作者，孙小卫、王恺、庄卫东为论文共同通讯作者，南科大为论文第一通讯单位。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、省自然科学杰出青年基金、省普通高校量子点先进显示与照明重点实验室、省教育厅和深圳市科创委的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202005303

供稿：电子与电气工程系

通讯员：李佰英

编辑：苗雪宁

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