退火温度调控QLED正老化：EQE提升至26.7%与T₉₀寿命延长22倍

1 背景与问题

量子点发光二极管（QLED）作为下一代显示和固态照明的核心技术，近年来在学术界和工业界取得了显著进展。然而，器件的效率滚降（Efficiency Roll-off）和操作稳定性（Operational Stability）仍然是制约其商业化应用的主要瓶颈。通常情况下，器件在制备后会经历性能衰减的“负老化”过程，但在某些特定条件下，QLEDs会表现出一种奇特的“正老化”现象——即在经过一段时间的搁置或老化后，器件的电流密度、亮度和外量子效率（EQE）反而显著提升。

尽管这一现象已被多次报道，但其背后的物理机制——特别是界面反应与内建电场演化的关系——仍存在争议。为了深入理解并利用这一现象来优化器件性能，研究人员不仅需要合成高质量的核壳结构量子点，更需要一套精密的测试体系来监测器件在老化过程中的电学特性变化（J-V-L曲线）、发光效率演变（EQE）以及长期寿命（T90）。只有通过高精度的瞬态与稳态测试，才能揭示界面势垒的变化规律，从而指导材料配方的改良。

2 核心方案

本论文研究了一种基于CdSe/ZnxCd1-xSe/ZnSeyS1-y核壳结构量子点与ZnMgO电子传输层的QLED器件。研究团队通过精细调控ZnMgO层的退火温度，系统分析了器件在不同老化时间下的性能演变。

为了破解“正老化”的谜题，论文采用了多维度的测试技术方案：

2.1J-V-L与EQE特性测试：利用半导体参数分析仪记录器件在不同老化阶段的电流密度-电压-亮度曲线，量化评估器件的注入效率与发光效率提升；

2.2成像亮度计分析：使用高分辨率的成像亮度计监测器件发光区域的均匀性变化，发现老化过程伴随着发光区域从边缘向中心的扩展，最终实现100%的均匀发光；

2.3开尔文探针与表面光电压（SPV）技术：这是论文揭示机理的核心手段。通过测量接触电势差（CPD）和表面光电压谱，研究人员直接观测到了ZnMgO与Al电极界面处功函数的变化，证实了AlOx中间层的形成导致内建电势增大，从而促进了载流子注入平衡。

图1. 在140°C退火温度下，不同老化时间下器件的性能评估。

(a) J−V−L特性，(b) EQE−J特性，以及(c)在恒定电流1mA/cm²条件下4mm² EL区域的特性。(d)测量器件荧光强度的实验装置示意图。(e)不同位置和老化时间下的荧光强度变化。

3 实验结果与分析

通过系统的实验测试，论文得出了令人振奋的数据，证实了界面工程对QLED性能的巨大提升作用。

4 关键发现

4.1效率倍增：在室温退火条件下，经过5天的正老化，器件的峰值外量子效率（EQE）从初始的4.9%飙升至26.7%，提升了约5.4倍；

4.2 亮度爆发：同等条件下，器件亮度从9,525 cd/m²增长至92,199 cd/m²，增长了近10倍；

4.3 寿命延长：通过优化退火温度至100°C，器件在5000 cd/m²初始亮度下的T50寿命得到了显著延长。推算至100 cd/m²的常规使用亮度下，T90寿命可达约242,000小时，相比未优化条件提升了22倍；

4.4机理验证：开尔文探针测试表明，老化过程中ZnMgO的功函数降低了约0.7eV，与Al电极的能级差减小，形成了更强的内建电场，有效抑制了激子猝灭。

图2. 不同退火温度下器件性能的变化：

(a) 5V时的亮度，(b)5V时的电流密度，以及(c)最大光电转换效率。(d)不同退火温度下ZnMgO的工作函数、表面能带弯曲和电子亲和势的变化(图inset为ZnMgO表面能带示意图)。(e)不同退火温度下器件性能的寿命。(f)分别在100°C和140°C退火条件下，20个器件测得的最大光电转换效率的直方图。

5 设备介绍

EL-Lab

多通道电致发光与寿命测试

EL-Lab是一款多通道电致发光器件测试与寿命分析平台，用于同步监测OLED、LED及新型发光器件的电学、亮度和衰减特性。系统主要用于提高器件配方、封装和驱动条件的并行筛选效率。适用于器件寿命测试、老化机理分析、工艺对比和研发质量控制。OLED、QLED和PeLED研发正持续关注效率滚降、高亮度寿命、封装失效和驱动应力下的性能变化。EL-Lab适合进行多器件并行老化、配方筛选和寿命分布分析，帮助研发团队更快识别影响器件稳定性的材料与工艺因素。

5.1 技术特点

(1) 采用多通道并行测量架构，可对多个发光器件同步开展电学、亮度和稳定性测试；

(2) 光电测量模块响应波长覆盖350-1100 nm，可覆盖可见光及近红外发光器件；

(3) 亮度测试范围覆盖0.01 cd/m²-20000 cd/m2，电压分辨率1 mV、电流分辨率1 μA（低电流测量10 nA级）；

(4) 支持器件温度与气氛监测。

5.2 设备优势

(1) 相较源表、亮度计和老化架分散搭建，EL-Lab将多通道驱动、光电检测和寿命记录整合，降低同步与数据管理成本；

(2） 多器件并行测试能够更快比较材料、封装和驱动条件，使研发团队获得更具统计意义的寿命结论；

(3) 可见至近红外响应与标准化长期记录流程，便于覆盖新型发光器件并建立可追溯的研发质量数据；

(4) 多通道同步老化减少不同时间、设备和操作人员造成的偏差，更适合研发团队进行配方筛选和器件寿命统计。

原文参考：Optimizing Device Efficiency and Lifetime through Positive Ageing in Quantum Dot Light-Emitting Diodes