西湖大学与河南大学科研团队在高效稳定近红外InAs量子点LED研究上取得进展

西湖大学与河南大学科研团队在高效稳定近红外InAs量子点LED研究上取得进展

西湖大学与河南大学科研团队在近红外InAs量子点LED研究领域取得重要突破，开发出一种新型量子点材料和器件架构设计，实现了高达20.5%的峰值外量子效率。这一成果为近红外量子点LED的实际应用奠定了重要基础。

溶液处理的近红外(NIR, 700-1700 nm)发光二极管(LED)制造成本低，且与柔性基板兼容，在夜视、电信和生物医学成像等许多应用中表现出巨大的潜力。在潜在的发射体中，胶体量子点(QDs)因其宽的近红外可调性、明亮的光致发光(PL)和窄的发射线宽度而在高性能近红外LED中脱颖而出。然而，近红外量子点LED远远落后于最先进的可见光量子点LED，这是其广泛应用的主要障碍。

为了提高近红外量子点LED的效率，研究人员开发了不同的策略，包括形成核/壳量子点，以及在宽间隙量子点宿主或钙钛矿中加入发射量子点。到目前为止，近红外QD-LED已经实现了高达16.98%的外部量子效率(EQE)。然而，大多数这些高性能近红外QD-LED使用含有重金属元素Pb，Cd和Hg，这些元素受到有害物质限制指令(RoHS)的严格限制。虽然已经探索了几种符合RoHs标准的近红外量子点作为QD-LED的发射材料，但许多这些器件在效率、辐射度和操作稳定性方面存在挑战。胶体InAs量子点在符合RoHs标准的NIR发射量子点中特别有前途，通过尺寸调整提供从700到~1700 nm的可调谐激子跃迁。目前，使用基于InAs的QD的近红外QD-LED的EQE已达到13.3%。然而，由于缺乏先进的合成策略来制造具有精细控制结构的高质量基于InAs的量子点，以及专门适应器件架构设计的限制，以平衡载流子动态以实现高效的近红外电致发光(EL)，因此进一步的改进受到阻碍。

西湖大学冀波涛 & 河南大学申怀彬、曾在平等人提出了一种有效的策略，使用氟化锌来平衡ZnSe壳层在不同核心量子点方面的生长，从而产生高度规则的InAs/InP/ZnSe/ZnS量子点，且量子产率接近统一。此外，还开发了一种原位光交联混合空穴输运材料的精确能级调制方法。在量子点发光二极管中，交联的空穴传输层增强了空穴向发射层的转移，实现了平衡载流子动力学。所制得的近红外量子点发光二极管的峰值外量子效率为20.5%，最大辐照度为581.4 W sr-1 m-2，在50 W sr-1 m-2下工作半衰期为550 h。本研究为近红外量子点发光二极管的实际应用迈出了一步。