中科大、河南大學與多倫多大學聯合團隊在《Nature Photonics》發表研究，利用混合相 CdZnSeS 量子點中的偶極-偶極相互作用使量子點有效排列，增強了發光二極管中的光子外耦合。通過該技術突破平面QD-LED外量子效率30%的理論極限，實現35.6%的峰值外量子效率。

DOI:10.1038/s41566-023-01344-4

一、行業核心痛點

長期以來，QD-LED 的外量子效率（EQE）一直受限于光子出射耦合效率不足，通常只有大約 30% 的光子能逸出器件。傳統的各向異性納米結構，雖然可以靠范德華力讓材料定向排列，但采用這種各向異性QD-LED的輻射復合效率較低，光子出射耦合的增益被內量子效率的損失所抵消，最終器件整體性能反而得不到真正提升。

二、核心技術突破：WZ/ZB 混合相設計

本研究創新性提出纖鋅礦（WZ）/ 閃鋅礦（ZB）混合相的設計思路，利用混合相量子點中的偶極-偶極相互作用使量子點有效排列，增強了發光二極管中的光子外耦合效率。

通過在纖鋅礦相中引入更高離子性的組分來增大偶極矩，實現了強偶極 - 偶極相互作用和量子點的均勻取向排列。同時，閃鋅礦相有助于解除輕空穴和重空穴的簡并，實現定向發光。兩種結構特性協同作用，在不損失內量子效率的同時提升了光子外耦合效率。

該策略基于常規溶液法實現，量子點取向由材料本征結構決定，對旋涂等制備條件不敏感。器件在低偏壓下EQE即超過30%，亮度覆蓋1,000-120,000 cd·m?2，峰值達35.6%、平均值34.2%；經中國計量院認證，其峰值外量子效率為34%；同時器件可穩定工作40900小時，亮度仍維持在初始亮度的95%，創下當時溶液法LED器件的全球高紀錄。

三、光學表征與器件理論驗證

準確的光學參數為器件光學設計與效率優化提供了重要支撐。本工作通過SE-VM-L 型光譜橢偏儀測得 QD-LED 各功能層折射率與消光系數，為傳輸矩陣法計算光出耦合效率提供了基礎數據。研究團隊利用傳輸矩陣法構建器件光學模型，定量分析了面內偶極子比例對光出耦合效率的影響：當面內偶極子比例由 69% 提升至 79%，理論外量子效率從 31.5% 升至 36.6%，與實驗測得的 35.6% 高度吻合，驗證了表征數據的可靠性及混合相量子點設計的科學性。

四、儀器簡介

SE-VM 是一款高精度快速測量光譜橢偏儀，采用雙旋轉補償器同步控制技術，集成微光斑消背反、樣品臺自準直調平等技術，實現材料光學特性（折射率和消光系數）及薄膜厚度的快速測量表征，廣泛應用于基礎科學研究、半導體制造、光學鍍膜等行業。