Koloidalne kropki kwantowe przyciągnęły znaczną uwagę środowiska akademickiego i przemysłu ze względu na możliwość regulacji długości fali emisji, wysoką czystość koloru, łatwość przetwarzania roztworów oraz doskonałą wydajność świetlną. Jako rozwijająca się technologia elektroluminescencji oparta na kropkach kwantowych, diody elektroluminescencyjne (LED) oparte na kropkach kwantowych stały się ważnymi kandydatami do wykorzystania w przyszłych technologiach wyświetlania. W ostatnich latach, dzięki innowacjom w projektowaniu strukturalnym, syntezie kropek kwantowych, optymalizacji interfejsów i procesach produkcyjnych, wydajność urządzeń uległa znacznej poprawie. Obecnie zewnętrzna wydajność kwantowa urządzeń emitujących światło czerwone i zielone przekracza zazwyczaj 25%, podczas gdy wydajność urządzeń emitujących światło niebieskie pozostaje stosunkowo niska, przy czym szczególnie widoczne są urządzenia emitujące wyłącznie światło niebieskie. Urządzenia emitujące wyłącznie światło niebieskie, charakteryzujące się wąską szerokością linii emisyjnej, wysoką wydajnością i jasnością, są niezbędnymi warunkami wstępnymi do realizacji pełnokolorowych wyświetlaczy o ultrawysokiej rozdzielczości. Jednak obecnie zgłaszane urządzenia o wysokiej wydajności emitujące niebieskie światło koncentrują się głównie w paśmie światła niebieskiego, co ogranicza gamę kolorów i utrudnia rozwój wyświetlaczy o szerokiej gamie kolorów i ultrawysokiej rozdzielczości. Dlatego pilnie potrzebna jest poprawa wydajności urządzeń emitujących niebieskie światło, zwłaszcza urządzeń emitujących czyste niebieskie światło.
Istniejące strategie poprawy wydajności urządzeń emitujących światło niebieskie obejmują głównie modyfikację chemiczną powierzchni kropek kwantowych oraz inżynierię warstwy transportującej ładunek. Pierwsza z nich poprawia wyrównanie poziomów energetycznych i ruchliwość nośników poprzez optymalizację chemii powierzchni kropek kwantowych: na przykład kropki kwantowe modyfikowane propanotiolem promują transport i równowagę wstrzykiwania ładunku poprzez ligandy o krótkich łańcuchach, zapewniając wysokowydajne urządzenia emitujące światło niebieskie. Druga z nich zapewnia bardziej zrównoważoną wstrzykiwanie nośników poprzez modulację warstwy transportującej ładunek: na przykład poprzez konstrukcję jednowymiarowych kanałów transportowych w usieciowanej warstwie transportującej dziury w celu usprawnienia transportu dziur lub poprzez zastosowanie tlenku cynku domieszkowanego cyną w celu zastąpienia warstwy transportującej elektrony z tlenku cynku, aby zapobiec nadmiernemu wstrzykiwaniu elektronów. Ponadto, polimery izolacyjne i inne materiały są często stosowane jako warstwy interfejsu między warstwą transportującą elektrony a kropkami kwantowymi, aby złagodzić zjawisko nadmiernego wstrzykiwania elektronów. W porównaniu do inżynierii warstwy transportu elektronów i warstwy interfejsu, która poprawia równowagę ładunków głównie poprzez tłumienie wstrzykiwania elektronów, inżynieria warstwy transportu/wstrzykiwania dziur zwykle osiąga równowagę ładunków poprzez zwiększenie wstrzykiwania dziur i z większym prawdopodobieństwem jednocześnie poprawia jasność i wydajność urządzenia.
Obecne badania koncentrują się głównie na modyfikacji pojedynczej warstwy funkcjonalnej, co utrudnia jednoczesne osiągnięcie wysokiej jasności i wysokiej wydajności. Oczekuje się, że synergistyczna modulacja warstw funkcjonalnych pokona obecne ograniczenia i stworzy nową ścieżkę technologiczną dla wysokowydajnych urządzeń wykorzystujących światło niebieskie.
Zespół kierowany przez Zhai Guangmei z Uniwersytetu Technologicznego Taiyuan opracował prostą i skuteczną strategię obróbki dwutarczowej chlorkiem litu, aby poprawić wydajność urządzeń emitujących czyste niebieskie światło poprzez jednoczesną modyfikację warstwy emitującej kropki kwantowe i warstwy wstrzykiwania dziur. Strategia ta nie tylko optymalizuje chemię powierzchni kropek kwantowych i dopasowanie ich poziomu energii do warstwy transportowej, zmniejszając wygaszanie fluorescencji międzyfazowej, ale także poprawia przewodnictwo, transmitancję i wydajność wstrzykiwania dziur do warstwy wstrzykiwania dziur. Obrobione urządzenie emitujące czyste niebieskie światło osiągnęło szczytową długość fali 461 nm, szerokość linii emisyjnej 19 nm, maksymalną luminancję 27210 cd/m², maksymalną sprawność energetyczną 8,83 lm/W, maksymalną sprawność prądową 10,10 cd/A i szczytową zewnętrzną sprawność kwantową 23,44%, znacznie przewyższając urządzenia nieobrobione i urządzenia z pojedynczym celem. Niniejsza praca dowodzi skuteczności synergistycznej modyfikacji warstw funkcjonalnych w celu poprawy wydajności urządzenia i przedstawia wykonalną ścieżkę do wytwarzania wydajnych urządzeń emitujących czyste niebieskie światło.
