浙大化學取得超快響應的量子點發(fā)光二極管研究新成果

    近日，我系金一政教授課題組聯(lián)合劍橋大學、成都電子科技大學等單位的國際研究團隊，在高頻響應量子點發(fā)光二極管（QLED）方向取得突破性進展。研究首次報道了QLED在脈沖驅動下的記憶效應，揭示了有機電荷傳輸層中深能級陷阱對量子點電致發(fā)光動力學的調控機制，創(chuàng)新性地將傳統(tǒng)認知中的材料缺陷轉化為性能提升的突破口，從而實現(xiàn)了迄今為止響應速度最快的QLED。相關成果在線發(fā)表于《自然-電子學》（Nature Electronics）。

    量子點發(fā)光二極管（QLED）是一種可溶液加工的電致發(fā)光器件，具有成本低、能效高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，已在顯示、照明等領域展現(xiàn)出替代傳統(tǒng)光源的巨大潛力。然而，受限于有機空穴傳輸層的低遷移率特性，QLED的響應速度（>微秒級）難以企及傳統(tǒng)III-V族無機LED。這一瓶頸嚴重制約了QLED在可見光通信、距離傳感等高響應速度場景的應用。

    研究團隊發(fā)現(xiàn)QLED的響應速度在連續(xù)脈沖電壓激發(fā)下逐漸加快，并且表現(xiàn)出極低延遲的超快電致發(fā)光響應。這些現(xiàn)象說明QLED的瞬態(tài)發(fā)光并非獨立事件，而是受到先前激發(fā)歷史調控的動態(tài)過程。通過時間相關的載流子動力學仿真，證實了記憶效應源自于有機空穴傳輸層中的深能級陷進對電致發(fā)光動力學的調控。這些深能級陷進具有毫秒量級的電荷釋放時間常數(shù)，在高頻短脈沖條件下未完全釋放的缺陷電荷形成局域電場，將部分自由載流子約束在傳輸層內(nèi)。后續(xù)電脈沖觸發(fā)QLED發(fā)光時，可繞開緩慢的載流子注入和傳輸過程，直接利用約束在傳輸層中的自由載流子實現(xiàn)超快電致發(fā)光。

圖1 記憶效應加快QLED的響應速度

    在此基礎上，研究團隊另辟蹊徑，提出"記憶效應加速器件響應"的新策略，在不提升驅動電壓的條件下顯著提升了QLED的響應速度。通過工藝創(chuàng)新構筑了新型微米尺度器件（micro-QLED），將器件電容顯著降低并壓縮RC延遲至納秒級，從而實現(xiàn)了100MHz電致發(fā)光調制頻率和120Mbps可見光通信傳輸速率等突破性性能紀錄，同時將單位比特能耗控制在1pJ以下。

圖2 QLED超快電致發(fā)光的載流子動力學

    該研究將材料缺陷態(tài)轉化為提升器件性能的積極因素，為QLED高頻應用開辟新路徑。這種化缺陷為優(yōu)勢的研究思路，不僅為QLED高頻應用開辟了新路徑，更為其他光電材料體系中缺陷態(tài)的功能化利用提供了新思路。

    該成果以“Accelerated response speed of quantum-dot light-emitting diodes by hole-trap-induced excitation memory”為題發(fā)表于Nature Electronics（論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01350-0）。浙江大學博士生魯修遠與劍橋大學鄧云洲博士（原浙江大學博士后、現(xiàn)為瑪麗居里學者）為論文共同第一作者；鄧云洲博士和金一政教授為論文共同通訊作者。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金委區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點項目的支持。