常规串联 QLED 出光耦合

作者: Zhengqi ZHANG

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 https://doi.org/10.1002/adma.202508173

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。

Yang Figure 2i-k——底部单元、顶部单元与串联器件的功率比例随底部单元 ZnMgO 厚度变化。 (来源: Yang 等，Advanced Materials（2025），Figure 2i-k)

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。

注意

前置阅读：Emission 建模和参数扫描。三个导出模型分别隔离两个发光单元，并在第三个模型中同时启用两者。

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

1. 在底部 ZnMgO 约 120 nm 时，顶部单元的出光贡献应高于底部单元。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

注意

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；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。

Yang Figure 2i-k——底部单元、顶部单元与串联器件的功率比例随底部单元 ZnMgO 厚度变化。 (来源: Yang 等，Advanced Materials（2025），Figure 2i-k)

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

1. 2 nm Al–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。
2. 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。
3. 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。
4. 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

1. 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。
2. 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。
3. 为两个 QD 单元配置实测光谱，改用光谱加权 Mode。
4. 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。

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继续深入

本教程只覆盖操作步骤。物理原理、每项功能的完整参数、结果的解读方式，以及算法验证，都在文档站：

• 传递矩阵法原理 — 教程背后的物理与公式
• 功能指南 — 每个界面与参数的完整说明
• 结果分析 — 各类结果的读法与判断依据
• 打开 Dreapex TMM — 在浏览器中直接建模计算