Kolloidale Quantenpunkte haben aufgrund ihrer einstellbaren Emissionswellenlänge, hohen Farbreinheit, Verarbeitbarkeit aus Lösung und exzellenten Lichtausbeute großes Interesse in Wissenschaft und Industrie geweckt. Als aufstrebende Elektrolumineszenztechnologie auf Basis von Quantenpunkten haben sich Quantenpunkt-Leuchtdioden (LEDs) zu wichtigen Kandidaten für zukünftige Displaytechnologien entwickelt. In den letzten Jahren konnte die Leistungsfähigkeit der Bauelemente durch Innovationen im Strukturdesign, der Quantenpunktsynthese, der Grenzflächenoptimierung und der Herstellungsverfahren deutlich verbessert werden. Derzeit liegt die externe Quanteneffizienz von Rot- und Grünlichtbauelementen im Allgemeinen über 25 %, während die Leistung von Blaulichtbauelementen, insbesondere von reinen Blaulichtbauelementen, noch relativ gering ist. Reine Blaulichtbauelemente mit schmaler Emissionslinienbreite, hoher Effizienz und hoher Helligkeit sind notwendige Voraussetzungen für die Realisierung von vollfarbigen Ultra-HD-Displays. Die derzeit vorgestellten hocheffizienten Blaulichtbauelemente konzentrieren sich jedoch größtenteils auf den hellblauen Spektralbereich, was den Farbraum einschränkt und die Entwicklung von Ultra-HD-Displays mit großem Farbraum behindert. Daher ist es dringend erforderlich, die Leistung von Blaulichtgeräten, insbesondere von Geräten, die reines Blaulicht emittieren, zu verbessern.
Bestehende Strategien zur Leistungssteigerung von Blaulicht-Bauelementen umfassen hauptsächlich die chemische Oberflächenmodifizierung von Quantenpunkten und die Optimierung der Ladungstransportschicht. Erstere verbessert die Energieniveauanpassung und die Ladungsträgermobilität durch Optimierung der Oberflächenchemie der Quantenpunkte: Beispielsweise fördern mit Propanthiol modifizierte Quantenpunkte durch kurzkettige Liganden ein ausgeglichenes Ladungstransport- und Injektionsverhältnis und ermöglichen so hocheffiziente Blaulicht-Bauelemente. Letztere erzielt eine ausgeglichenere Ladungsträgerinjektion durch Modulation der Ladungstransportschicht: Beispielsweise durch den Aufbau eindimensionaler Transportkanäle in einer vernetzten Lochtransportschicht zur Verbesserung des Lochtransports oder durch den Einsatz von zinn-dotiertem Zinkoxid anstelle der Zinkoxid-Elektronentransportschicht zur Unterdrückung von Elektronenüberinjektion. Zusätzlich werden häufig isolierende Polymere und andere Materialien als Grenzflächenschichten zwischen der Elektronentransportschicht und den Quantenpunkten eingesetzt, um Elektronenüberinjektion zu reduzieren. Im Vergleich zur Optimierung der Elektronentransportschicht und der Grenzflächenschicht, bei der es hauptsächlich um die Verbesserung des Ladungsgleichgewichts durch Unterdrückung der Elektroneninjektion geht, wird bei der Optimierung der Lochtransport-/Injektionsschicht das Ladungsgleichgewicht typischerweise durch die Verbesserung der Lochinjektion erreicht, wodurch mit größerer Wahrscheinlichkeit gleichzeitig die Helligkeit und Effizienz des Bauelements verbessert werden.
Bisherige Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Modifizierung einzelner Funktionsschichten, wodurch es schwierig ist, gleichzeitig hohe Helligkeit und hohe Effizienz zu erzielen. Die synergistische Modulation von Funktionsschichten verspricht, die aktuellen Einschränkungen zu überwinden und einen neuen technologischen Weg für leistungsstarke Blaulichtgeräte zu eröffnen.
Ein Team um Zhai Guangmei von der Technischen Universität Taiyuan entwickelte eine einfache und effektive Lithiumchlorid-Behandlungsstrategie mit zwei Zielen zur Verbesserung der Leistung von reinen blauen Leuchtdioden. Diese Strategie modifiziert gleichzeitig die Quantenpunkt-Emissionsschicht und die Lochinjektionsschicht. Sie optimiert nicht nur die Oberflächenchemie der Quantenpunkte und deren Energieniveauanpassung an die Transportschicht, wodurch die Fluoreszenzlöschung an der Grenzfläche reduziert wird, sondern erhöht auch die Leitfähigkeit, die Transmission und die Lochinjektionseffizienz der Lochinjektionsschicht. Die behandelte reine blaue Leuchtdiode erreichte eine Peakwellenlänge von 461 nm, eine Emissionslinienbreite von 19 nm, eine maximale Leuchtdichte von 27.210 cd/m², eine maximale Lichtausbeute von 8,83 lm/W, eine maximale Stromausbeute von 10,10 cd/A und eine maximale externe Quanteneffizienz von 23,44 %. Damit übertrifft sie unbehandelte und nur einseitig behandelte Leuchtdioden deutlich. Diese Arbeit demonstriert die Wirksamkeit der synergistischen Modifizierung von Funktionsschichten zur Verbesserung der Geräteperformance und bietet einen praktikablen Weg zur Herstellung von Hochleistungs-Bauelementen, die reines blaues Licht emittieren.
