通过实时接口与AgInZnS量子点（QDs）的激子复合物调制技术，实现了高效的单层彩色可调量子LED（QLED）

《Science Bulletin》：Highly efficient single-layer color-tunable QLEDs enables by the real-time interface exciplex modulation with AgInZnS QDs

开发基于AgInZnS量子点单层结构实时界面激子调制的可调色量子点发光二极管，实现绿至蓝、红至黄光谱覆盖，外量子效率达5%，验证了图案化和大面积应用潜力。

　　

胡天军|吴秀婷|单青松|段星星|蔡晓月|黄梦瑾|戴俊辉|钟宏|袁北辰|向恒阳|杨林祥|戴强宇|张玉豪|陈江山|曾海波

中国南京工业大学材料科学与工程学院光电与纳米材料研究所，量子点显示江苏工程研究中心，先进显示材料与器件国家重点实验室，南京210094

摘要

开发单像素彩色可调电致发光技术是一种实用的方法，可以克服当前像素处理和寿命方面的限制。然而，现有的单像素彩色可调量子点发光二极管（QLED）设备主要采用复杂的串联结构。在这里，我们通过实时界面激子复合物调制与AgInZnS（AIZS）量子点（QDs）相结合，展示了单层彩色可调QLEDs。基于绿色和红色发光AIZS QDs的动态可调QLEDs表现出宽光谱覆盖范围，分别从绿色到蓝色、从红色到黄色，并具有标准白色发光。制造的设备实现了基于四元合金AIZS的QLEDs的最高外部量子效率为5%。此外，我们还成功展示了图案化和大面积QLEDs，系统地证实了它们在全彩显示和照明技术中的巨大潜力。

引言

半导体量子点（QDs）由于具有易于溶液处理制备、可调发光和卓越的发光效率等优点，被视为下一代显示和照明设备的开创性材料[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。在提高单色量子点发光二极管（QLEDs）的性能方面已经取得了显著进展[[9], [10], [11], [12], [13]]。例如，已经证明抑制漏电流可以提高设备性能[14,15]。此外，基于单组分QDs的白光QLEDs也已被记录在案[[16], [17], [18]]。最近的研究趋势扩展到了新的应用场景和新型驱动方案[19,20]。然而，高分辨率全彩QLED显示器仍然存在重大挑战，特别是有限的像素制造工艺和特定像素的操作寿命[[21], [22], [23], [24]]。

开发单像素彩色可调电致发光（EL）技术是一种实用的方法，可以克服当前的局限性[24,25]。此外，将有机材料集成到QLED架构中同时提高了操作寿命和颜色纯度[24]。目前，制造单像素彩色可调QLEDs的主要策略包括具有逐层堆叠发射单元的串联QLEDs[24,[26], [27], [28]以及具有多量子点混合物的单层QLEDs[29], [30], [31]]。然而，复杂的串联设备结构在制备过程中是一个重大障碍，因为连续的溶液处理往往会损坏底层量子点薄膜，导致性能下降。具有多量子点混合物的单层QLED在单色和可控发射方面面临挑战，经常导致颜色失真。精确控制不同组分的比例进一步加剧了这一问题。

鉴于这些考虑，开发具有可控EL发射和与稳定有机发射材料兼容性的单层QLEDs具有重要意义。作为I-III-VI族量子点[17,[32], [33], [34], [35], [36]的重要衍生物类别，四元合金AgInZnS（AIZS）量子点表现出优异的光学性能以及以缺陷为主的施主-受体对（DAP）发射机制，在这种机制中，被施主缺陷捕获的电子和被受体缺陷捕获的空穴会发生辐射复合[[37], [38], [39]]。DAP发射过程中涉及多个能级，为AIZS量子点和有机材料之间的可控F?rster共振能量转移（FRET）提供了可能性[40,41]，这表明了调节有机分子发射过程的有希望的潜力。此外，量子点与激子复合物之间的相互作用已被证明能够通过形成能量转移系统来提高QLED设备的性能[42,43]。受此现象的启发，使用具有DAP特性的量子点来调节界面激子复合物是开发单层彩色可调QLEDs的理想选择。

在这里，我们通过实时界面激子复合物调制与AIZS量子点相结合，展示了单层彩色可调QLEDs。制备的电压驱动彩色可调QLEDs具有通用结构，并且光谱覆盖范围广泛，分别从绿色到蓝色、从红色到黄色，并具有标准白色发光。此外，基于四元合金AIZS的QLEDs实现了5%的最高外部量子效率（EQE）。在成功展示图案化和大面积QLEDs之后，这项工作突出了基于实时调制与AIZS量子点界面的单层彩色可调QLEDs在全彩显示和照明技术中的潜在应用。

材料

醋酸银（Ag(OAc），99%购自Adamas；醋酸铟（In(OAc)₃，99.99%；硫脲粉末（CH₄N₂S，99%）；油胺（OAm，80%–90%）；1-十二烷硫醇（DDT，98%）购自Aladdin；乙酸锌二水合物（ZnAc₂·2H₂O，99.995%）购自Macklin；甲苯（分析级）购自Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd；乙醇（分析级）购自Nanjing-reagent；聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS，AI

AIZS量子点-界面激子复合物系统的设计

为了实现所需的可调发射，我们选择了三种界面激子复合物mCP:PO-T2T、TPD:PO-T2T和PVK:PO-T2T作为能量供体，并分别命名为D1、D2和D3（图1a）。当这两种选定的分子相互接触时，在激发下会产生供体-受体电荷转移特性，从而产生与原始材料不同的特征PL峰（在线图S1）。发射波长由能量偏移决定

结论

总之，我们基于AIZS量子点构建了高效的单层彩色可调QLEDs，通过调节界面激子复合物来实现这一目标。在这种配置中，激发能量可以通过FRET过程从界面激子复合物传递到相邻的AIZS量子点。我们提出了一种动态光谱可调机制，其中AIZS量子点通过FRET过程对界面激子复合物进行电压依赖的调制，使设备能够实现彩色可调发射。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（2024YFB3612400和2024YFA1210002）、国家自然科学基金（62574111、62204120、52533012 U24A20286、52131304和62261160392）、江苏省国际合作计划（BZ2024038）以及中央高校基本科研业务费（30925010415）的财政支持。

作者贡献

单青松和曾海波监督了这项研究项目。胡天军、吴秀婷等