多型量子点轻空穴高能激子电致发光研究取得重要突破 成果发表于《Nature Communications》
量子点发光二极管（QLED）凭借宽色域、高色纯、发光波长可调等核心优势，已成为新一代显示与照明技术的核心载体，而量子点中高能激子的发光特性，更是实现单组分多色显示、高性能白光发光器件的关键技术路径。然而长期以来，高能激子的热弛豫过程远快于光子发射过程，加之其在热平衡状态下的占据率与跃迁振子强度不足，始终难以实现有效发光，成为制约该领域发展的核心瓶颈。
近日，河南大学申怀彬教授、杜祖亮教授团队与中国科学技术大学樊逢佳教授团队开展合作研究，在这一领域取得关键突破，相关研究成果以《Strong high-energy exciton electroluminescence from the light holes of polytypic quantum dots》为题，发表于国际顶级期刊《Nature Communications》。团队创新性地通过量子点结构调控，首次在电驱动条件下实现了轻空穴高能激子的强电致发光，为新型量子点光电器件的研发奠定了重要的理论与实验基础。
研究中，团队创新性地采用闪锌矿 - 纤锌矿复合结构的多型量子点作为器件发光核心，通过晶体结构设计打破了传统量子点中轻空穴与重空穴的能级简并状态，实现了轻空穴与重空穴的有效能级劈裂，为高能激子的稳定发光构建了核心结构基础。通过系统的光谱表征与仿真模拟，团队发现电致激发条件下，重空穴的跃迁振子强度随电场增强的衰减幅度远大于轻空穴，这一关键特性使得轻空穴形成的高能激子能够在低电流密度下实现高效辐射复合，彻底突破了传统体系中高能激子难以有效发光的技术限制。
实验结果显示，该体系实现的高能激子电致发光，在电子通量密度仅为 0.71×10¹⁹ s⁻¹ cm⁻² 的条件下，发光强度即可达到带边重空穴激子发光强度的 44.5%，所需激发强度较传统光激发体系降低了 600 倍；在优化的器件结构中，高能激子发光强度占比最高可达基态发光的 80%。同时，该现象在 CdₓZn₁₋ₓSe-ZnS、CdSe-CdS 核壳结构等多种具有大轻空穴 - 重空穴劈裂能的量子点体系中均得到验证，具备良好的材料普适性与产业化适配性。
该研究首次厘清了电场作用下轻空穴与重空穴的跃迁动力学差异，填补了量子点高能激子电致发光领域的研究空白，终结了学界长期以来关于电驱动下高能激子难以有效发光的技术认知。研究成果无需复杂的器件结构调整，仅通过量子点晶体结构设计即可实现高效高能激子发光，为基于单一组分的多色显示、白光照明、新型光电器件研发提供了全新的材料体系与技术思路，将进一步推动 QLED 技术向多元化应用场景拓展。
