Semiconductor quantum dots (QDs) materials have shown great potential for applications in lighting and display fields due to their wide color gamut, adjustable emission wavelength, high quantum efficiency, high color saturation, and low processing cost. F
半导体量子点(QD)材料因其宽色域、可调发射波长、高量子效率、高色饱和度和低加工成本,在照明和显示领域显示出巨大的应用潜力。例如,基于镉和钙钛矿的量子点材料取得了显著进展,但有毒镉和铅的使用限制了它们的进一步应用
有害物质限制(RoHS)法规明确规定,电子产品中镉和铅的使用分别限制在100ppm和1000ppm以下。因此,开发新型环保量子点材料体系具有重要意义
近年来,环保的I-III-VI2量子点,如Ag-In-Ga-S(AIGS)量子点,因其大的斯托克斯位移、整个可见光谱上的可控发射和高的光致发光量子产率(PLQY)而引起了广泛关注
它们在照明和显示领域显示出巨大的潜力。由于AIGS的元素组成不同,它通常在可见光范围内表现出宽的发射光谱,伴随着强带隙主发射峰和弱缺陷发射峰
目前,研究人员主要关注通过核壳结构或合金化来缩小PL光谱,以满足显示的要求。然而,在白光应用中,宽光谱量子点的双发射特性具有明显的优势,可以实现单材料白光发光器件(WLED),避免了多种荧光粉复合白光工艺复杂、自吸收和显色性差的缺点
因此,优化AIGS量子点的宽光谱特性并实现精细光谱调谐对于研究AIGS的发光特性和实现高质量的WLED至关重要在此基础上,郑州大学宋继忠教授利用量子点材料的量子限制特性,即取决于其尺寸,并通过调节AIGS量子点的成核和生长温度,控制了量子点晶体的尺寸分布,从而调整了其发射光谱,实现了具有绿红双发射特性的AIGS QD。该论文发表在《光电进展》杂志上
双发射AIGS量子点的光学特性。(a) 在不同温度下在室温(顶部)和紫外线照射下合成的AIGS量子点的照片(底部)。(b) 在不同温度下,以365nm的激发波长记录了相应的PL和UV-vis吸收光谱。来源:光电子进展(2024)。DOI:10.29026/oea.2024.240050 WLED,基于双发射AIGS量子点。(a) 构建基于双发射AIGS QD的白光发光二极管的示意图和相应的白光发光器件的光学照片。(b) WLED的PL光谱和(c)不同电压下相应的CIE色度坐标。来源:光电子进展(2024)。DOI:10.29026/oea.2024.240050在这项工作中,通过一锅热注入法合成了AIGS量子点,并通过温度调节来控制晶体的尺寸
在低温(180°C)下,更容易形成较小的颗粒(尺寸为3.7 nm),而在高温(250°C)时,晶体倾向于生长(尺寸为16.5 nm)。在220°C下,获得了两种不同尺寸分布(17 nm和3.7 nm)的AIGS量子点,这导致它们的激子发射峰存在巨大差异
最后,实现了具有绿红双发射(530 nm–630 nm)的AIGS量子点,并通过温度依赖和激发依赖光谱证实了双峰激子发光特性。这项工作为研究新型AIGS量子点材料体系的发光性能提供了新的视角
这种宽带、双峰发射的量子点在WLED中具有巨大的潜力,在这项工作中,具有绿-红双发射的AIGS量子点与聚合物混合并压制成薄膜,与蓝色LED芯片结合,成功制备了色度坐标为(0.33,0.31)、相关色温(CCT)为5425 K、显色指数(CRI)为90、辐射发光效率(LER)为129 lm/W的WLED,这表明AIGS量子点将在照明应用中具有巨大潜力