【引言】

照明和顯示的研究是關(guān)系到國(guó)防需求和國(guó)計(jì)民生重要行業(yè)。目前，半導(dǎo)體電致發(fā)光主要分為三個(gè)方向：第一代的基于Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體的電致發(fā)光（LED）；第二代的基于有機(jī)半導(dǎo)體材料薄膜的電致發(fā)光（OLED）以及第三代的基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)（如CdS，CdSe，ZnSe，CuInS2等）薄膜的電致發(fā)光（QLED）。其中，無(wú)機(jī)LED和OLED在照明、顯示等方面一定程度上實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，而新興的QLED仍處在研發(fā)階段。但是由于QLED及量子點(diǎn)材料的許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如材料發(fā)光顏色從近紅外到可見(jiàn)波段連續(xù)可調(diào)、窄的發(fā)光線寬、高的發(fā)光效率（量子效率高達(dá)90%以上）、極好的光穩(wěn)定性和簡(jiǎn)單的低成本溶液加工處理等，能夠彌補(bǔ)上述技術(shù)在面光源照明、高性能顯示應(yīng)用中的不足，成為產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注的下一代技術(shù)。

值得關(guān)注的是，基于量子點(diǎn)背光源技術(shù)的液晶顯示器已經(jīng)成功走向商業(yè)化。然而，目前電致發(fā)光的QLED大都基于有機(jī)、無(wú)機(jī)雜化的器件結(jié)構(gòu)。而有機(jī)材料的對(duì)水氧極其敏感，因此對(duì)器件的制備及后期封裝提出了嚴(yán)格的要求，增加了器件的制備成本。因此，尋求性能更加穩(wěn)定的無(wú)機(jī)材料作為電荷傳輸層是解決上述挑戰(zhàn)，推動(dòng)QLED市場(chǎng)化的關(guān)鍵。


【成果簡(jiǎn)介】

近日，吉林大學(xué)物理學(xué)院張漢壯（通訊作者）、紀(jì)文宇教授課題組與該校電子學(xué)院謝文法（通訊作者）教授課題組合作，利用超聲霧化噴涂技術(shù)，制備了迄今為止性能最佳的全無(wú)機(jī)量子點(diǎn)電致發(fā)光器件（QLEDs）。


與普通的旋涂工藝相比，超聲噴涂技術(shù)具有三大優(yōu)勢(shì)：一是其節(jié)省材料。對(duì)于普通的旋涂工藝，在旋涂過(guò)程中超過(guò)90%的材料被浪費(fèi)掉了，而噴涂工藝中的材料利用率幾乎為100%。二是噴涂工藝可以實(shí)現(xiàn)大面積器件的制備，而旋涂技術(shù)則不行。這就使得旋涂技術(shù)無(wú)法應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中。三是普通旋涂技術(shù)無(wú)法對(duì)器件進(jìn)行掩膜從而實(shí)現(xiàn)像素點(diǎn)的制備，而噴涂技術(shù)完全可以兼容掩膜的工藝。而且目前有很多工藝技術(shù)用以提高此技術(shù)中的掩膜質(zhì)量，這是成功制備高質(zhì)量顯示器件的最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)?？傊?，噴涂技術(shù)是一種低成本、高效的基于溶液法的薄膜制備工藝，有望在將來(lái)的工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用。
在之前所報(bào)道的全無(wú)機(jī)器件中，量子點(diǎn)發(fā)光層被直接沉積在NiO空穴傳輸層上。由于溶液法（或磁控濺射）制備的NiO中存在大量的缺陷，使得與之直接接觸的量子點(diǎn)的發(fā)光很大程度的發(fā)生了淬滅。鑒于此，紀(jì)文宇等人提出引入溶液法處理的Al2O3作為中間層修飾NiO空穴傳輸層，抑制了NiO對(duì)量子點(diǎn)的淬滅。該報(bào)道中，全無(wú)機(jī)器件電流效率達(dá)到20.5cd/A，亮度超過(guò)20000 cd/m2。相比之前所報(bào)道的器件，該器件的效率及亮度均有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的提高。此外，全無(wú)機(jī)QLED器件壽命達(dá)到8000小時(shí)。這是世界上首次對(duì)全無(wú)機(jī)QLED器件的壽命進(jìn)行的報(bào)道。這對(duì)全無(wú)機(jī)QLED器件的發(fā)展起到了極好的推動(dòng)作用，使人們看到了利用全無(wú)機(jī)QLED作為平臺(tái)制備基于量子點(diǎn)的電致發(fā)光照明及顯示器件的巨大前景。雖然該報(bào)道中只進(jìn)行了綠光器件的制備，但是對(duì)于其他顏色器件，如紅光和藍(lán)光，利用此種工藝制備器件也是切實(shí)可行的。盡管如此，目前全無(wú)機(jī)器件在各方面性能上，尤其是器件壽命方面與傳統(tǒng)的有機(jī)、無(wú)機(jī)雜化的QLED器件還有很大的差距。研究人員正在從材料和器件兩方面進(jìn)行深入的研究，最近，他們通過(guò)對(duì)電荷傳輸層的優(yōu)化，使得器件的性能得到了進(jìn)一步的提高。

上述進(jìn)展得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的支持。該課題組一直從事QLED的相關(guān)研究工作，近5年來(lái)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文34篇(其中第一/通訊作者24篇)。該成果被美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)進(jìn)行了專門報(bào)道）。

【小結(jié)】

研究人員利用超聲霧化噴涂技術(shù)，制備了迄今為止性能最佳的全無(wú)機(jī)量子點(diǎn)電致發(fā)光器件（QLEDs）。該器件電流效率達(dá)到20.5cd/A，亮度超過(guò)20000 cd/m2。相比之前所報(bào)道的器件，效率及亮度均有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的提高。此外，全無(wú)機(jī)QLED器件壽命達(dá)到8000小時(shí)。這項(xiàng)研究對(duì)全無(wú)機(jī)QLED器件的發(fā)展起到了極好的推動(dòng)作用，使人們看到了利用全無(wú)機(jī)QLED作為平臺(tái)制備基于量子點(diǎn)的電致發(fā)光照明及顯示器件的巨大前景。