上月惠普刚发完Nature，今日三星也发Nature了！

对于国内科研工作者来讲，很少见到企业发NS，而这在国外却屡见不鲜，上个月，我们介绍惠普发表在Nature上的研究成果（点击文字可阅读相关推文，惠普发Nature了！对，就是那个惠普电脑的惠普！），引来广大关注。时隔不久，今日另一企业三星也在Nature上发表重要成果，以下是本次文章介绍：

▲第一作者： Taehyung Kim

通讯作者：Eunjoo Jang

通讯单位： 韩国三星电子

DOI：10.1038/s41586-020-2791-x

背景介绍

使用量子点来精确地显示颜色信息已有几十年的历史，目前采用环保材料的商业化产品已作为背光源。但基于量子点的下一代电致发光显示器需要研发出一种高效稳定的无镉蓝光器件。但目前蓝光发光材料的光物理性能相对较差，如量子产率低、寿命短，仍是一个挑战。

本文亮点

1. 本文合成了单位量子产率的ZnSe基蓝光量子点，利用氢氟酸和氯化锌的添加剂有效消除ZnSe晶体中的缺陷从而提高发光效率。

2. 通过液体或固体配体交换进行氯离子钝化来减缓辐射复合，提高热稳定性，实现电荷的高效传输。

3. 通过在发光二极管中构建梯度氯离子含量的双量子点发光层，促进空穴传输，使器件具有高效率、高亮度和长寿命的优点。

4. 利用本文中设计得到的高效稳定的蓝光量子点发光器件，有望实现量子点电致发光全色显示器的开发。

图文解析

▲图1.  ZnTeSe/ZnSe/ZnS QD的表征

● ZnTeSe核，ZnTeSe/ZnSe核/壳(C/S)和ZnTeSe/ZnSe/ZnS核/壳/壳(C/S/S) QD合成方案。

● ZnTeSe核直径3.1nm，ZnSe壳厚度2.6nm，ZnS壳厚度1.2nm；尺寸分布集中，C/S/S量子点成立方体形状，为立方闪锌矿结构。

● 随着ZnSe壳层的演化，容易产生层错(SF)，如HRTEM中(022)和(113)衍射面间的模糊；利用HF和ZnCl₂进行处理后，层错(SF)明显减小，PL量子产率提高。

▲图2. 氯离子钝化表面缺陷

● 在LED中使用C/S/S QD之前，通过两步配体交换将天然油酸（OA）配体替换为ZnCl₂：液相处理(表示为C/S/S-Cl(l))和洗膜处理(C/S/S-Cl(f))。

● ZnCl₂比OA钝化表面缺陷更有效，PL量子产率可达100%，衰变时间延长到67.4ns。

● DFT计算表明，阴离子与Zn的悬挂键结合稳定表面能，并且在不同配位情况下，Cl^-配体比Ac^-更有效；与未钝化表面相比，Cl^-钝化后消除了带隙中的陷阱态，从而使量子产率提高。

● 通过Cl^-钝化后，热稳定性也明显提高，原始的C/S/S QD在150℃烘烤只保留19%的初始PL强度，而Cl^-钝化的C/S/S-Cl(l)和C/S/S-Cl(f)可保留76%和90%。

▲图3. QD-LED的性能 

● 利用C/S/S-Cl(l)和C/S/S-Cl(f)制作了双发光层的QD-LED，利用OA含量最小的C/S/S-Cl(f)作为底层来实现空穴传输；EDX中可观察到Cl含量随深度的梯度分布。

● 与原始的C/S/S QD-LED相比，3.5V时C/S/S-Cl(f)的电流密度增加了200倍，起始电压也降低到2.6V。

● 最优的双发光层QD-LED外量子产率为20.2%，量度为88900cd m^-2；初始亮度652 cd m^-2时，T₅₀为442h，即100 cd m^-2亮度时T₅₀=15850 h。

▲图4. 器件性能分析 

● 单载流子器件的J-V曲线表明，Cl^-钝化后电子和空穴的电流密度都显著增加。

● 当电致发光降低到50%时，光致发光仍能保持初始强度的85%以上，说明内量子产率下降能并不是蓝光量子点发光二极管短寿命的根源。

● Cl^-钝化能够削弱工作电压增加的影响，延长寿命。

总结：通过调整Te的掺杂量实现457nm处完美蓝色发光，利用HF和ZnCl₂制备的ZnTeSe/ZnSe/ZnS QD具有93%的高PL量子产率，利用Cl^-进一步钝化可提高到100%，并具有高的导电性和热稳定性。Cl^-通过钝化悬挂键消除陷阱态，改善电荷传输，提高LED的EQE和发光强度。最优的双发光层蓝光QD-LED的EQE高达20.2%，接近理论极限，亮度为88900 cd m^-2，100 cd m⁻²时工作寿命T₅₀=15850 h。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2791-x