南科大电子系孙小卫教授课题组和王恺副教授课题组在磷化铟量子点显示技术和纳米片发光二极管域分别取得研究新进展

日期:2021-02-26 作者:南科大电子系阅读:416
核心提示:01磷化铟(InP)量子点由于可媲美于含镉量子点的光学性能,又不含重金属元素,在显示领域受到越来越多的关注,被认为是下一代显
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磷化铟(InP)量子点由于可媲美于含镉量子点的光学性能,又不含重金属元素,在显示领域受到越来越多的关注,被认为是下一代显示技术采用的主流材料。InP 量子点的合成路线自1994年被报道后,并未出现很大的进化与改善,其常用的磷源前驱体为三(三甲基硅基)膦, (TMS)3P是一种异常活泼的有机磷试剂,价格昂贵,由于其危险性和反应的不可控性,一直有研究者希望可以找到其他替代的有机磷试剂,实现真正的从生产到产品的环保型量子点。
 
以“Green InP/ZnSeS/ZnS Core Multi‐Shelled Quantum Dots Synthesized with Aminophosphine for Effective Display Applications”为题发表在《Advanced Functional Materials》的论文从量子点材料的制备入手,采用更经济安全,更易使用的膦源,三(二甲氨基)膦(DMA)3P代替传统 (TMS)3P。通过优化壳层合金结构,在绿色合金InP量子点中引入ZnSeS中间层,降低晶格失配,增加可层厚度进一步的限制激子的跃迁,最终制备出的绿光InP/ZnSeS/ZnS量子点PLQY达到95%,薄膜PLQY达到60%以上,是目前中使用氨基膦作为P前驱体合成的绿光InP QDs的最高量子效率。研究表明,使用这种方法制备的量子点含有大量的无机卤素配体,可以有效抵挡环境中水氧对量子点表面的侵蚀作用。同时,使用该绿光InP/ZnSeS/ZnS量子点制备的宽色域QDEF薄膜在高温高湿蓝光的加速老化环境下寿命高达T95大于1000小时,其绿光QLED器件的EQE超过7%,超过了已有使用(TMS)3P作为前驱体的InP QLED效率。
 
 
 
图1. (a)绿光磷化铟量子点的生长过程;(b)磷化铟量子点的溶液照片;(c)使用该磷化铟量子点制备的QDEF薄膜,及其在高温高湿蓝光照射环境下的加速老化曲线。
 
 
图2. 器件特性(a)绿色InP QLED能级图;(b)UPS光电子能谱;(c)绿色QLED照片;(d)电流密度(J)-电压(V)-亮度(L)特性曲线;(e)EQE与亮度特性曲线
 
本文第一作者是南方科技大学研究助理教授刘湃,博士研究生娄雅君。文章的通讯作者为南方科技大学孙小卫教授和王恺副教授。
 
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202008453
 
 
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胶体纳米片因其表面原子级平整度和仅在一维尺度上的量子限域效应,展现出了超窄的光谱线宽(~10 nm),有望实现超宽色域显示的新型发光材料。然而目前报导的基于纳米片的纯绿色发光二极管的器件外量子效率和最高亮度均不理想。以“High Performance Ultrapure Green Nanoplatelet Quantum Dot Light-Emitting Diodes by Suppressing Non-radiative Energy Transfer”为题发表在《Advanced Electronic Materials》的论文研究了纳米片材料的自我堆叠对其发光效率及其器件效率的影响。由于纳米片的几何特性,使得其很容易发生自我堆叠,其间距会缩小至5nm;同时,由于纳米片的发光谱与吸收谱有较大的重叠,使得自我堆叠的纳米片材料很容易发生非辐射能量复合(其非辐射复合速率为不堆叠的速率的1000倍),从而影响以纳米片为发光层的器件的发光效率。实验证明,通过减少堆叠的产生,纳米片薄膜的荧光寿命得到提升,其器件的外量子效率和亮度也相对于有堆叠的纳米片器件分别提高了6.3倍和4.7倍。
 
 
图3. (a)纳米片发光二极管结构示意图;(b)堆叠和不堆叠的纳米片荧光衰减对比;(c)堆叠和不堆叠的纳米片发光二极管器件效率对比
 
 
图4. (a)纳米片溶液和薄膜的光致激发光谱及纳米片器件的电致激发光谱;(b)不同电压下纳米片器件的电致激发光谱;(c)纳米片器件实物照;(d)纳米片器件的色坐标点对比。
 
本文第一作者是2017级南方科技大学与新加坡国立大学联合培养博士研究生温佐良,文章的通讯作者为南方科技大学孙小卫教授,王恺副教授和新加坡国立大学Teo Kie Leong教授。
 
文章链接:
 
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202000965
 
 
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本工作感谢科技部国家重点研发计划,国家自然科学基金,广东省重点领域研发计划,深圳市孔雀团队计划支持。
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