串联 QLED 腔长优化

Yuan 等（2024）：单发光层与串联顶发射 QLED 的光谱加权腔体图

作者Yuhan LI

Very Stable and Efficient Tandem Quantum-Dot Light-Emitting Diodes Enabled by IZO-Based Interconnecting Layers

作者： Cuixia Yuan、Zinan Chen、Fengshou Tian、Shuming Chen

期刊： Nano Letters 24(24), 7541–7547（2024） · 对照目标： Figure 2c-d

顶发射 QLED 的最优腔长不是一个点，而是一条斜带：电子传输层厚一点、顶电极薄一点，同样能把相位补回来。串联器件还要让这条带同时照顾两个位置不同的发光单元。

本案例对单发光层和串联两种器件各做一次二维厚度扫描，用光谱加权 Mode 生成论文 Figure 2c-d 的两张腔体图。

本页不转载论文原图：Figure 2 由 Nano Letters（American Chemical Society）保留版权，商业再利用授权尚未取得。请通过 DOI 10.1021/acs.nanolett.4c02021 打开原文查看该图，访问可能需要订阅或机构权限。下文标注为「论文」的数值，均为从原图独立读取的数据点，不复制也不重绘原图。

Figure 2a-b 给出两套腔体，Figure 2c 的单层峰值为 36.56%，Figure 2d 的串联峰值为 31.87%，高值区同时移动到顶部单元对应的腔长范围。

前置阅读：发光结构和参数扫描。两个完整网格分别包含 4,104 与 2,916 个组合，每次网页运行可能需要数十分钟，具体取决于服务负载。

背景

顶发射 QLED 在半透明 IZO 电极与 Ag 反射镜之间形成微腔。改变电子传输层或顶部电极厚度都会改变光学相位、场分布以及生成光进入空气的比例。串联器件再增加第二个发光单元，因此腔体需要在 QD 发射波段内同时支持两个不同的源位置。

论文同时研究了光学优化和器件稳定性。本案例只复现光学 EQE/γ 图，不计算驱动电压、连接层电荷生成或寿命。

结构

两套膜系都从出光侧排到 Ag 反射镜。100 nm Ag 在光学上已足够厚，因此计算中省略其后的玻璃。

单发光层器件

膜层	厚度
IZO 顶电极	标称 `110 nm`；扫描 `40–320 nm`
MoO₃	`10 nm`
TCTA	`50 nm`
红光 QD EML	`20 nm`
ZnMgO	标称 `70 nm`；扫描 `5–360 nm`
IZO bottom	`5 nm`
Ag 反射镜	`100 nm`

串联器件

膜层	厚度
IZO 顶电极	标称 `100 nm`；扫描 `20–180 nm`
顶部 MoO₃ / TCTA / 红光 QD EML	`10 / 50 / 20 nm`
顶部 ZnMgO	标称 `120 nm`；扫描 `40–180 nm`
IZO 连接层	`2 nm`
底部 MoO₃ / TCTA / 红光 QD EML	`10 / 50 / 20 nm`
底部 ZnMgO	`70 nm`
IZO bottom	`5 nm`
Ag 反射镜	`100 nm`

可下载折射率数据

下列 5 个 .nk 文件提取自论文补充信息 Figure S5。RQD 与 TCTA 文件只包含 $n$ ，Dreapex TMM 会将缺失的 $k$ 按零导入。MoO₃ 也使用 TCTA 文件，与补充信息中的近似保持一致。

材料	下载
IZO	IZO-acs.nanolett.4c02021.nk
TCTA 与 MoO₃	TCTA-acs.nanolett.4c02021.nk
红色 QD	RQD-acs.nanolett.4c02021.nk
ZnMgO	ZnMgO-acs.nanolett.4c02021.nk
Ag	Ag-acs.nanolett.4c02021.nk

单发光层的结构页，两个扫描层位于 QD 发射层两侧，共同调节腔体相位：

单发光层 QLED 结构

串联结构在连接层两侧各放一个 QD 源，两者处于不同的腔体位置：

从出光电极到 Ag 反射镜的完整串联结构

光学与发光设置

两个红光 QD 层使用相同的提取 PL 光谱与相同的发射体设置，串联模型只是多一个源位置。

配置项	单发光层模型	串联模型
启用的 EML	单个红光 QD EML	两个红光 QD EML，各自权重 `1`
发射体	提取 PL；`Probability`；`Isotropic`；相对位置 `0.5` 的 `Delta`；量子效率 `0.9`	相同
探测器	`Mode`，Weighted Average，`590–670 nm`，步长 `5 nm`，读 Top Outcoupling	相同
横轴	ZnMgO：`5–360 nm`，步长 `5 nm`	顶部 ZnMgO：`40–180 nm`，步长 `4 nm`
纵轴	顶部 IZO：`40–320 nm`，步长 `5 nm`	顶部 IZO：`20–180 nm`，步长 `2 nm`
网格	`72 × 57 = 4,104` 个组合	`36 × 81 = 2,916` 个组合

两个发光层均使用提取自 Figure S1 红色 QD PL 光谱的 Spectrum-acs.nanolett.4c02021.pl。这些数据用于复现本案例；重新使用时请引用 Yuan 等（2024）。

单层红光 QD 发射体设置

串联模型的两层 QD 复用同一套设置，顶部单元的面板与之相同：

顶部单元红光 QD 发射体设置

Weighted Average 把 QD PL 权重纳入每个厚度组合的 Mode 结果：

单层器件的光谱加权 Mode 探测器

单层器件的两个扫描变量：

单层器件 ZnMgO 与顶部 IZO 扫描

串联器件改扫顶部单元的两层：

串联器件顶部 ZnMgO 与顶部 IZO 扫描

本案例把提取 PL 的纵轴解释为光子概率谱。原图未标明光谱单位；若它实际表示辐射功率谱，需要先按光子能量换算，光谱加权结果会随之改变。

论文把两个发光单元的贡献按等权平均合并，对应双发射体各自权重 1 的设置。在 q₀ = 0.9 与论文除去电荷平衡因子的比较口径下，Mode 的 Top Outcoupling 对应「有效辐射产率 × 顶部出光份额」，是论文 EQE/γ 的光学映射；它不是纯出光效率，也不含器件实际电荷平衡，因此不能当作实测 EQE。

本案例不使用 Optimize。页面下方若出现仅与 Optimize 有关的提示，可继续执行 Sweep。

仿真结果与 Figure 2 对照

Figure 2c：单发光层腔体图

论文 Figure 2c 请在原文中查看。

4,104 个厚度组合跑完后的同型热图：

单发光层光谱加权 Top Outcoupling 热图

高值区随两个厚度呈弯曲带状分布，说明 ZnMgO 与顶部 IZO 共同补偿腔体相位。完整 4,104 点计算无错误完成，最大值为 35.80%，对应 ZnMgO 75 nm、顶部 IZO 110 nm。论文最强区域位于相同的标称腔体附近，峰值为 36.56%，两者相差 0.76 个百分点。

Figure 2d：串联腔体图

论文 Figure 2d 请在原文中查看。

串联器件的 2,916 个组合：

串联器件光谱加权 Top Outcoupling 热图

本次复现使用顶部 ZnMgO 4 nm、顶部 IZO 2 nm 步长，使完整结果可在网页图表中呈现。主要高值脊位于顶部 ZnMgO 112–120 nm、顶部 IZO 100–106 nm 附近，并沿两条厚度轴倾斜延伸，说明两种厚度可共同补偿腔体相位。完整 2,916 点计算无错误完成，最大值为 31.87%，对应顶部 ZnMgO 112 nm、顶部 IZO 106 nm；论文标称的 120/100 nm 设计点为 31.72%，仅比最大值低 0.14 个百分点。

对照量	论文	仿真
单层器件峰值	`36.56%`	`35.80%`
单层最优点	约 `70/110 nm`	`75/110 nm`
串联峰值	约 `31.87%`	`31.87%`
串联最优点	约 `120/100 nm`	`112/106 nm`

单层结果较好复现了峰值与设计区域；串联峰值在论文给出的精度下几乎一致，其最优点相对论文标称设计的顶部 ZnMgO 低 8 nm，顶部 IZO 高 6 nm。

偏差说明

论文补充信息只给出 RQD 与 TCTA 的折射率、没有消光系数，因此这两层的 k 明确设为零；MoO₃ 也按补充信息的近似复用 TCTA 的光学常数。PL 与光学常数曲线都来自提取，采样和插值会让窄腔体最优点移动数纳米。

每个 EML 用中央各向同性 Delta 发射体，分布式复合区或不相等的单元权重会改变串联热图。平面模型不含电极粗糙度与散射，给出的是光学 EQE/γ 图，不是器件实测 EQE 或寿命。

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