常规串联 QLED 出光耦合
Regular Tandem Quantum Dot Light-Emitting Diodes with over 51% External Quantum Efficiency for Next-Generation Displays
作者： Dawei Yang、Yiduo Wang、Jing Xie、Daocheng Pan、Bingsuo Zou、Heng Zhang
期刊： Advanced Materials 37(44), e08173（2025） · 对照目标： Figure 2i-k
本案例复现 Yang 等 Figure 2i-k 在 632 nm 下的光学分析。分别针对底部发光单元、顶部发光单元和等权串联模型，把底部单元 ZnMgO 厚度从 22 nm 扫描至 200 nm。计算复现了顶部单元贡献更大以及宽腔体最优区的趋势，但低估了论文在 120 nm 设计点给出的总出光比例。
论文在 120 nm 处标出底部单元 22.4%、顶部单元 32.2% 和两者相加后的串联贡献 54.6%；下文重点对照宽峰形态和顶部单元贡献更大的关系。
背景
串联 QLED 在同一光学膜系中放置两个发光单元。理想电荷平衡下，一个注入电子最多可在两个单元中各产生一个激子；光学上，两个 QD 层相对出光界面和金属阴极的位置不同，因此出光效率并不相等，对同一传输层厚度的响应也不同。
论文采用超薄 ITO 电荷生成层，并报道超过 51% 的实测 EQE。本次复现只处理光学功率比例，不计算电荷生成、载流子平衡和寿命。
论文参数与 TMM 模型映射
完整膜系（Glass 出光侧 → Al 阴极）
| 膜层 | 厚度 | 632 nm 光学常数 |
|---|---|---|
| Glass，非相干 | 1 mm | 衬底模型 |
| ITO 阳极 | 150 nm | 1.73 + 0.01i |
| PEDOT:PSS | 40 nm | 1.48 |
| 底部 TFB | 30 nm | 1.72 |
| 底部 QD EML | 26 nm | 1.95 |
| 底部 ZnMgO | 标称 130 nm；参与扫描 | 1.59 |
| Al–Al₂O₃ 连接层 | 2 nm | 1.37 + 7.52i |
| ITO 电荷生成层 | 4 nm | 1.73 + 0.01i |
| 2PACz:6PA | 5 nm | 1.72 |
| 顶部 TFB | 40 nm | 1.72 |
| 顶部 QD EML | 35 nm | 1.95 |
| 顶部 ZnMgO | 50 nm | 1.59 |
| Al 阴极 | 110 nm | 1.37 + 7.52i |
复现目标与验收准则
- 在底部 ZnMgO 约
120 nm时，顶部单元的出光贡献应高于底部单元。 - 三条厚度响应都应平滑，并形成腔体最优区，而不是单调变化。
- 底部单元与顶部单元应在不同厚度达到峰值，表明两个发射体处于不同光学位置。
- 论文相加得到的
54.6%必须与两个隔离单元的仿真结果之和比较；双源 Mode 曲线显示两个等权输入的平均，只用于核对厚度响应趋势，不作为整器件 EQE。
由于两个光学层采用标量等效折射率，本案例按趋势验收，不要求在 120 nm 处精确一致。
Dreapex TMM 建模路径
结构
三个模型共用上表膜系，只改变两层 QD 的 Emission 启用状态。
光学设置
启用 Mode，以 Top Outcoupling 作为对照通道。具体波长、发射体和扫描设置见下表。
Optimize。页面下方若出现仅与 Optimize 有关的提示，可继续执行 Sweep；该提示不会阻塞本案例。示例配置
完整膜系
两层 QD 分处连接层两侧，共用 Glass 出光通道。
发射体
底部单元模型只启用该发射体。
顶部单元模型只启用该发射体；串联模型同时启用两者。
Mode 与扫描
数值对照只读取 Top Outcoupling 通道。
三种模型共用相同的 90 个厚度点，曲线可直接比较。
| 配置项 | 设置 |
|---|---|
| 底部单元模型 | 仅启用底部 QD EML |
| 顶部单元模型 | 仅启用顶部 QD EML |
| 串联模型 | 同时启用两个 QD EML，等权 |
| 发射体 | Unit White；Probability；Isotropic；相对位置 0.5 的 Delta；量子效率 1 |
| Mode | Single，632 nm，Top Outcoupling |
| Sweep | 底部单元 ZnMgO：22–200 nm，步长 2 nm，共 90 个取值 |
Unit White 在本案例中表示单波长计算不使用额外 PL 权重，不表示器件发白光。
仿真结果与 Figure 2 对照
论文分别给出底部、顶部和相加后的串联功率比例，仿真结果沿用 Figure 2i-j-k 的顺序。
Figure 2i：底部单元
底部单元在 120 nm 时为 17.35%，并在 152 nm 附近达到 19.07%；论文在 120 nm 给出约 22.4%。曲线复现了腔体宽峰，但峰位和幅值均保留可见偏差。
Figure 2j：顶部单元
顶部单元在 120 nm 时为 29.49%，并在 98 nm 附近达到 29.98%。其峰位与底部单元的 152 nm 不同，说明两个发射体处于不同的光学位置；设计点的贡献顺序与论文的 32.2% > 22.4% 一致。
Figure 2k：串联器件
双源曲线是两个单元 Top Outcoupling 的等权平均，不是 Figure 2k 中两个隔离贡献之和，也不是整器件 EQE。曲线在约 136 nm 达到 23.68%，在论文采用的 120 nm 处为 23.42%，并保持在两条隔离曲线之间。
120 nm 处的数量 | 论文 | 仿真 |
|---|---|---|
| 底部单元贡献 | 22.4% | 17.35% |
| 顶部单元贡献 | 32.2% | 29.49% |
| 隔离单元之和 | 54.6% | 46.84% |
| 双源 Mode 等权平均 | 仅用于趋势核对 | 23.42% |
论文 Figure 2k 的定量对照采用两个隔离单元之和：17.35% + 29.49% = 46.84%，比论文 54.6% 低 7.76 个百分点。双源 Mode 在 120 nm 的 23.42% 与两个隔离结果的算术平均一致；它用于验证等权合并和宽峰位置，不参与 54.6% 的误差计算。
偏差分析
2 nmAl–Al₂O₃ 连接层使用论文给出的单一等效值1.37 + 7.52i。把混合超薄层视为强吸收均匀膜会改变底部单元损耗和最优点。- 2PACz:6PA 层使用论文光学计算中的标量近似
1.72，没有色散与吸收数据。 - 每个 QD 层均使用中央各向同性 Delta 发射体。不同的复合区位置或水平偶极比例会以不同方式影响两个单元。
- 模型不包含电荷平衡，实验
51.2%EQE 不是直接的光学验收目标。
后续扩展
- 使用实测复数色散替换连接层等效折射率，再重复三组扫描。
- 联合扫描底部 ZnMgO 与发射体位置，区分腔体相位和复合区效应。
- 为两个 QD 单元配置实测光谱，改用光谱加权 Mode。
- 对比相等与不相等的发射体权重，表示两个单元之间的电流失衡。