微米级厚度量子点发光二极管实现超高亮度与稳定性突破

针对传统量子点发光二极管(QLEDs)因纳米级厚度导致的短路路径和性能下降问题，研究人员通过H2O调控掺杂法制备高导电性ZnMgO电子传输层(ETL)，开发出厚度超10倍(>1 μm)的QLEDs。该器件在Cu基底上实现3,941,000 cd m?2的超高亮度和11,000小时(T90)的寿命，效率提升4.36倍，为AR/VR显示和激光泵浦源提供新方案。

　　

量子点发光二极管(QLEDs)因其高色纯度、可调谐发射和低成本等优势，被视为下一代显示技术的核心。然而传统QLEDs的厚度通常被限制在100纳米左右，过薄的器件容易因表面突起或边缘覆盖不足形成短路路径，严重影响器件性能和良率。更棘手的是，薄层结构难以兼容粗糙基底，极大限制了其在柔性电子和特殊场景的应用。如何突破厚度限制，同时提升效率和稳定性，成为领域内亟待解决的难题。

针对这一挑战，来自广东工业大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表创新成果。他们通过开发一种H₂O调控掺杂方法，显著提升了ZnMgO电子传输层的导电性，首次实现了厚度超过1微米的QLEDs。这种微米级厚度的器件不仅解决了传统薄层器件的固有缺陷，更在亮度、稳定性和基底兼容性方面取得突破性进展。

研究团队采用溶液加工技术制备导电ZnMgO(c-ZnMgO)薄膜，通过电容-电压(C-V)和瞬态电流(TRC)测试分析载流子输运特性，结合原子力显微镜(c-AFM)表征薄膜形貌。利用光学模拟优化器件结构，并在Cu、Ag纳米线(Ag NWs)、铝箔和纸张等多种基底上构建QLEDs，通过加速老化实验评估器件寿命。

微米级ETL的必要性
传统72纳米ZnMgO ETL因无法完全覆盖电极台阶（高度约30纳米），导致器件边缘电流密度比中心区域高3倍，加速局部降解。实验显示，增加ETL厚度至1微米可使台阶高度降至4.2纳米，漏电流减少90%，但常规ZnMgO过厚会导致电阻剧增。

溶液加工高导电c-ZnMgO
通过H₂O化学吸附反应(Zn⁺ + O^2? + H₂O → Zn⁺-OH + OH^? + e^?)，c-ZnMgO的电子浓度提升至6.4×10¹⁸ cm^?3，比常规ZnMgO高43倍。电容-频率(C-F)测试显示其陷阱密度降低，实现欧姆注入和无陷阱传输，即使1微米厚度下电阻仍低于72纳米常规器件。

高效稳定QLEDs的实现
110纳米c-ZnMgO QLEDs的外量子效率(EQE)达21.32%，优于常规器件的20.74%。1微米厚器件展现出朗伯体发射特性，视角稳定性显著提升。更重要的是，其T₉₀寿命在2310 cd m^?2下达290小时，是常规器件的3倍，归因于均匀的电流分布和降低的局部热积累。

多基底集成与超高亮度
在未抛光的Cu基底上，800纳米c-ZnMgO将表面粗糙度从25.6纳米降至4.2纳米。得益于Cu的优异导热性(热导率398 W m^?1 K^?1)，QLEDs在50 A cm^?2时温度仅68°C，实现3,941,000 cd m^?2的破纪录亮度。脉冲驱动下(80 ns脉宽)，器件输出4.6×10⁷ cd m^?2的瞬态亮度，350万次脉冲后仍保持90%初始亮度。

柔性透明器件突破
基于Ag NWs电极的透明QLEDs平均透光率达81.2%，弯曲半径<3毫米时性能不变。在印刷纸上构建的器件EQE接近20%，展示了在可穿戴和可书写电子中的潜力。

这项研究通过材料创新和器件工程的双重突破，解决了QLEDs领域长期存在的厚度-性能矛盾。微米级c-ZnMgO不仅实现了创纪录的亮度(较前提高11.8倍)和寿命(1000 cd m^?2下达11,000小时)，更开创了QLEDs在AR/VR微型显示、激光泵浦和柔性电子等新场景的应用可能。其溶液加工工艺与现有产线兼容，为产业化提供了切实可行的技术路径。