上海大學(xué)取得環(huán)保型藍(lán)光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）的突破性研究成果

    3月5日，上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院新型顯示技術(shù)及應(yīng)用集成教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊緒勇教授、張建華教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)張佳旗教授團(tuán)隊(duì)以“Homogeneous ZnSeTeS Quantum Dots for Efficient and Stable Pure Blue LEDs”為題，在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》上發(fā)表關(guān)于環(huán)保型藍(lán)光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）的突破性研究文章。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08645-4

    楊緒勇教授自2015年在上海大學(xué)組建納米光電材料與器件團(tuán)隊(duì)以來(lái)，經(jīng)過(guò)近10年的持續(xù)拼搏，團(tuán)隊(duì)不斷攻克領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)技術(shù)難題，該項(xiàng)成果也是楊緒勇教授團(tuán)隊(duì)繼2023和2024年在《Nature》上作為通訊作者發(fā)表雜化半導(dǎo)體LED領(lǐng)域研究論文以來(lái)（Nature 2023，622， 493-498； Nature 2024，631，73-79），在該領(lǐng)域取得的又一重大研究進(jìn)展。

    上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院依托機(jī)械工程國(guó)家一流學(xué)科，長(zhǎng)期以來(lái)面向世界科技前沿開展研究。此次研究成果是由上海大學(xué)與吉林大學(xué)，TCL集團(tuán)工業(yè)研究院等單位聯(lián)合攻關(guān)、合作完成。

    其中，上海大學(xué)為第一完成單位，上海大學(xué)楊緒勇教授，張建華教授和吉林大學(xué)張佳旗教授為論文通訊作者，楊緒勇教授指導(dǎo)的機(jī)自學(xué)院博士后吳倩倩（上海大學(xué)碩士及博士畢業(yè)）和曹璠（上海大學(xué)碩士畢業(yè)）為論文共同第一作者，上海大學(xué)余文可、王勝博士，TCL集團(tuán)工業(yè)研究院侯文軍博士、蘆子哲博士、曹蔚然博士，吉林大學(xué)張曉宇教授，復(fù)旦大學(xué)楊迎國(guó)教授，澳大利亞科廷大學(xué)夾國(guó)華教授為論文合作署名作者。研究成果得到了國(guó)家自然基金委、上海市科委和上海市教委等研究機(jī)構(gòu)的項(xiàng)目資助。

    量子點(diǎn)顯示以其更為優(yōu)秀的色彩表現(xiàn)力，已成為引領(lǐng)新型顯示產(chǎn)業(yè)迭代升級(jí)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一。近期，科學(xué)家們對(duì)譽(yù)為終極量子點(diǎn)顯示技術(shù)的電致發(fā)光量子點(diǎn)發(fā)光二極管的研究與探索持續(xù)發(fā)力，取得了令人矚目的突破性進(jìn)展。

    目前，紅、綠光QLED性能已能夠與商業(yè)有機(jī)LED （OLED）相媲美。而相比之下，由于更高的工作電壓及需要克服更大的空穴注入勢(shì)壘等原因，導(dǎo)致藍(lán)光QLED器件性能進(jìn)展落后，尤其是環(huán)境友好型的無(wú)重金屬器件的發(fā)展更為遲緩，嚴(yán)重阻礙了QLED顯示技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

    ZnSeTe量子點(diǎn)被視為環(huán)保型藍(lán)光量子點(diǎn)的理想之選，但其存在活潑金屬Te（Ten≥2）易聚集的現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的等電子中心引起了較低能量的尾部缺陷發(fā)射，嚴(yán)重降低了其發(fā)光效率、色純度及穩(wěn)定性。該研究揭示：Te前驅(qū)體（如TOP-Te）相比于Se－類似物的高反應(yīng)活性導(dǎo)致了合金量子點(diǎn)中富Te和貧Te區(qū)域的不均勻分布，從而產(chǎn)生帶隙差異引起的光譜變寬。

    量子點(diǎn)富Te區(qū)域的堆垛層錯(cuò)也降低了輻射復(fù)合和量子點(diǎn)晶格穩(wěn)定。尤其，ZnSeTe量子點(diǎn)中相鄰的Te原子會(huì)形成等電子中心，產(chǎn)生短程勢(shì)作用力以捕獲空穴，并進(jìn)一步誘導(dǎo)形成價(jià)帶頂上方的深空穴局域態(tài)吸引電子形成激子，產(chǎn)生了較低能量的尾部發(fā)射，致使量子點(diǎn)的色彩表現(xiàn)和穩(wěn)定性變差。

    為解決這些關(guān)鍵難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)等電子調(diào)控抑制含Te量子點(diǎn)組分不均勻的策略，通過(guò)引入具有適當(dāng)反應(yīng)活性的亞磷酸三苯酯（TPP-S），一方面能夠使TPP平衡陰離子的反應(yīng)活性，另一方面吸電子能力更強(qiáng)的S能夠干擾Te周圍的空穴局域化并避免Ten≥2等電子中心形成，成功制備出均質(zhì)化的四元合金藍(lán)光ZnSeTeS量子點(diǎn)。

    相比傳統(tǒng)ZnSeTe量子點(diǎn)，ZnSeTeS量子點(diǎn)在色純度、激子輻射復(fù)合和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面實(shí)現(xiàn)大幅提升�；�于該四元量子點(diǎn)構(gòu)建的藍(lán)光QLED器件顯示出24.7%的外量子效率，17 nm的發(fā)光半峰寬以及接近3萬(wàn)小時(shí)的T50壽命，突破了無(wú)重金屬的純藍(lán)光QLED發(fā)光效率和穩(wěn)定性的新紀(jì)錄。這一重要研究進(jìn)展將推進(jìn)QLED顯示技術(shù)的環(huán)保化進(jìn)程。

    楊緒勇教授受邀為《Nature》雜志撰寫了題為“It s time to shine for LEDs made using ecofriendly quantum dots” 的Research Briefing文章（Nature, https://doi.org/10.1038/d41586-025-00640-z），該Research Briefing和Nature研究工作同天上線。被譽(yù)為“量子點(diǎn)藝術(shù)家”的韓國(guó)成均館大學(xué)Eunjoo Jang教授（原韓國(guó)三星先進(jìn)技術(shù)研究院研究員）對(duì)該Nature工作點(diǎn)評(píng)：“所研發(fā)的QLED性能是非常引人注目的，其高的效率和長(zhǎng)的壽命已超過(guò)了先前報(bào)道的器件性能�！保ㄔ�文：The performance of the developed QLEDs is notable, with a high efficiency and a long lifetime that surpasses those of previously reported devices.）《Nature》應(yīng)用物理科學(xué)主編Karl Ziemelis也給予該工作高度評(píng)價(jià)：“文章的魅力在于作者們研發(fā)了一種抑制組分不均勻的策略制備了非鎘量子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了與最好Cd基藍(lán)光LED媲美的高效率、長(zhǎng)壽命和光譜純正的器件。”（原文：The appeal of this paper is that the authors have developed a strategy for preparing Cd-free quantum dots that suppresses compositional heterogeneities, enabling devices with efficiencies, lifetimes and spectral purities that rival the best Cd-based blue LEDs.）