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河南大学研究人员:制备块材量子点实现高效超窄蓝光LED

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-11-15 来源:材料科学与工程浏览次数:309
通过在ZnSe核上生长ZnS薄壳来合成蓝色发光量子点。所制备的ZnSe/ZnS核/壳量子点的具有较高的量子产率。用这些高质量量子点制作的LED显示外部量子效率高达12.2%。蓝色发光的无重金属量子点同时表现出接近单位的光致发光量子产率和窄的发射线宽,对于下一代电致发光显示器来说是必不可少的,然而它们的合成是极具挑战性的。
 
在此,来自河南大学的研究人员通过在尺寸大于体玻尔直径的ZnSe核上生长ZnS薄壳来合成蓝色发光量子点。ZnSe核的尺寸使得发射位于蓝色区域,发射宽度接近其固有峰值宽度。所制备的块材ZnSe/ZnS核/壳量子点的量子产率高达95%,发射宽度极窄约为9.6纳米。此外,ZnSe核的尺寸减小了QDs和LED中相邻层之间的能级差异,并改善了电荷传输。用这些高质量量子点制作的LED显示出明亮的纯蓝色发射,外部量子效率为12.2%,工作寿命相对较长。相关论文以题目为“Bulk-like ZnSe Quantum Dots Enabling Efficient Ultranarrow Blue Light-Emitting Diodes”发表在Nano Letters期刊上。
 
论文链接:
 
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02284
 
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胶体半导体量子点(QD)具有特殊的光学特性,包括尺寸可调性和窄发射。通过在核上生长外延壳形成核/壳量子点,荧光强度和光稳定性大大增强,这使得它们成功地应用于商业液晶显示器(LCD)中的发光生物探针和增色背光源层。作为下一代显示技术的代表,基于量子点的发光二极管(QLED)因其宽色域、高亮度和低生产成本而备受关注。作为发射材料,量子点的性能是获得高性能QLED的核心,QLED具有优异的效率和亮度。它要求量子点同时表现出窄发射光谱,半峰全宽(fwhm)接近其固有的色饱和峰宽,近单位光致发光(PL)量子产率(QY),当量子点带电时,抑制非辐射俄歇复合,并适当增大量子点尺寸,以最小化紧密堆积的量子点薄膜中的FRET。此外,量子点和相邻电荷传输层之间的壳层厚度和能级排列需要适当设计,以平衡电荷注入。在过去的十年中,在高效、高亮度和高稳定性的电致发光QLED的制备方面取得了重大进展。
 
基于Cd硫族化合物的红色、绿色和蓝色发射QLEDs器件显示出超过或接近20%的高外部量子效率(EQE),具有高的电致发光色纯度(EL)和足够长的工作寿命,适用于低亮度应用。然而,由于镉的毒性,法规严格限制了镉在消费电子产品中的使用。随着对更环保的显示技术需求的增加,迫切需要具有无重金属量子点的高性能QLED。最近,通过改进InP量子点的合成和LED器件的优化结构,InP基QLED的绿色发射EQE为13.6%,红色发射EQE为21.4%。同时,蓝色发光QLED的性能仍明显落后,显示出有限的运行寿命和低于10%的EQE。(文:爱新觉罗星)
 
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图1。(a)两种ZnSe/ZnS核/壳量子点的受控合成示意图。(b)紫外光照射下T-QD和b-QD色散的光学图像。(c)一种典型的B-QD合成中吸收光谱。(d,e)T-QD(d)和B-QD(e)的系综(青色)和单个QDPL光谱(橙色)的光谱相关性。(f,g)T-QDs(f)和B-QDs(g)溶液(青色)中的时间分辨PL衰减与玻璃(橙色)上薄膜的变化。
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图2。(a)TEM图像。(b)HRTEM图像。(c) ZnSe核和相应的ZnSe/ZnS核/壳量子点的XRD图谱。(d) B-QD的HAADF的STEM图。(e)h)阵列中硒、锌、锌/硒和硫/锌的对应图。
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图3。(a) 计算了ZnSe量子点的HOMO态和氧诱导陷阱态的能级演化随ZnSe量子点直径的变化。(b)瞬态TA光谱的比较。
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图4。ZnSe/ZnS量子点基QLED的性能。
 
 
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