与具有高效率、高稳定性的红色和绿色QD-LED相比，蓝色QD-LED特别是纯蓝光QD-LED的性能依然不能满足产业化的要求，阻碍了全色QD-LED技术的商业化应用。蓝色QD-LED存在相当大的空穴注入势垒，导致器件内部载流子注入不平衡，空穴堆积和电子泄漏相对红绿色更为严重，严重制约蓝色QD-LED的效率和稳定性提升。针对上述问题，申怀彬教授与中国科学技术大学樊逢佳教授再次联手合作，研究团队提出了界面空穴梯度转移的“空穴积累管控”策略，通过抗氧化还原反应缓冲层的引入，转移空穴积累风险的同时降低了电子泄露，即通过在HTL和QD层之间引入一层抗氧化层PBO，以提高载流子注入平衡及减缓HTL的损坏，实现在100 cd m-2初始亮度下T50寿命超过41,000 h的纯蓝光QD-LEDs，效率达到23.0%。研究成果以“Stable and Efficient Pure Blue Quantum-Dot LEDs Enabled by Inserting an Anti-oxidation Layer”为题，发表在《Nature Communications》期刊上（DOI:10.1038/S41467-024-44894-Z）。
该研究通过在QD/HTL界面处引入具有高电化学稳定性的PBO抗氧化层以提高HTL的稳定性，减缓因空穴堆积造成的HTL损伤。且PBO抗氧化层的价带能级位于QD和HTL之间，可以有效的减少空穴注入势垒，提高空穴注入并减少载流子在HTL界面的累积（图1）。PBO的引入使器件内部空穴注入更为有效，漏电流得到很好的抑制，减少因空穴堆积造成的器件退化。
图1.引入PBO抗氧化层的优点
基于上述结构设计，基于PBO的蓝色QD-LED器件具有更加平衡的电荷注入，器件效率和稳定性得到了较好的提升，具有良好的循环稳定性（图2）。于1000 cd m-2初始亮度下T95寿命为87 h，100 cd m-2初始亮度下的T50工作寿命达到了41,022 h，这是迄今为止所报道的寿命最长的纯蓝色QD-LED。
图2.蓝色QD-LED器件稳定性表征
研究人员通过C-V和EA等表征手段测试器件在不同工作时间的内部电荷分布和电场变化，证明器件退化是由于TFB层损坏，且这种损坏在电场消失后也不能得到恢复。PBO的稳定性较好，在引入PBO之后降低了TFB的损坏，进而使器件效率和寿命得到显著提升（图3）。
图3.蓝色QD-LED性能增强机制表征
该研究首次提出了使用抗氧化空穴过渡吸收层提升HTL稳定性这一策略，明确了蓝色器件退化的主要原因，为提高电荷平衡、实现高效率和高稳定性的蓝色QD-LED提供了新思路，加速了蓝色QD-LED的发展。
河南大学博士研究生张文静、中科大博士研究生李波、南昌航空大学研究生常春为共同第一作者；河南大学陈斐博士、中科大樊逢佳教授、河南大学申怀彬教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委-区域创新发展联合基金、科技部重点研发计划、河南大学青年科研团队项目等项目的支持。
申怀彬，博士，教授，博导，2019年国家优秀青年基金获得者，中原科技创新领军人才，QLED平台负责人。一直从事发光量子点材料和量子点电致发光器件（QLED）方面研究，创下了三基色QLED亮度、效率、寿命多项国际纪录。目前共发表SCI论文170余篇，其中以第一/通讯作者在Nat. Photonics（2篇），Nat. Nanotechnol.（1篇），Nat. Commun.（1篇）, Nano Lett.，Adv. Funct. Mater.，Laser Photonics Rev等国内外著名杂志上发表80余篇，H-index 45，近五年新增他引4000余次。主持包括重点研发计划、国家自然科学基金-区域联合重点等在内的国家级项目7项。授权量子点合成及发光器件相关国家专利23项，专利技术转化7项。
