近日，北京大學物理學院現代光學研究所、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室“極端光學團隊”高宇南課題組與浙江大學金一政課題組合作，通過使用陽離子交換方法，成功制備高熒光量子產率的核/殼結構硒鋅鎘/硫化鋅膠體量子阱，并由此制備高性能的膠體量子阱發(fā)光二極管。

2024年12月10日，相關研究成果以“由 CdZnSe/ZnS 核/殼膠體量子阱實現的高性能綠光和藍光發(fā)光二極管”（High‐Performance Green and Blue Light-Emitting Diodes Enabled by CdZnSe/ZnS Core/Shell Colloidal Quantum Wells）為題發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）上。

膠體量子阱（CQWs）獨特的各向異性特性使其在納米晶基器件中具有很高的應用前景。然而，基于CQWs的綠色和藍色發(fā)光二極管的有限性能阻礙了它們的實際應用。在本研究中，首次通過直接陽離子交換實現了具有特定尺寸、形狀和晶體結構的合金硒鋅鎘CQWs。這種方法有效使得納米晶的發(fā)光波長藍移，并能維持量子阱的片狀形貌，為后續(xù)的溶液外延生長提供種子。

圖1. 陽離子交換反應示意圖和樣品照片

研究團隊考慮到異質結構對于納米晶表面缺陷的鈍化作用，通過熱注入殼層生長方法在硒鋅鎘核外側外延生長硫化鋅保護層。這種方法有效地提升了納米晶的發(fā)光效率與提純穩(wěn)定性，為后續(xù)的器件制備提供了優(yōu)良的發(fā)光材料。值得一提的是，該策略有效解決了長期困擾膠體量子阱領域有關發(fā)光波長過度紅移的問題，在藍光區(qū)與綠光區(qū)均實現了優(yōu)秀的發(fā)光性能。

圖2.高溫熱注入殼層生長示意圖。（a）CdZnSe/ZnS核殼CQWs合成示意圖。（b) CQWs溶液的吸收光譜和光致發(fā)光光譜。c) 反應過程中熒光峰波長和半寬的變化。d) CQWs的瞬態(tài)熒光衰減曲線。e)綠色和藍色CQWs的熒光量子產率。

研究團隊利用新型的藍綠膠體量子阱制備出高性能的發(fā)光二極管。該器件顯示出顯著的峰值外量子效率（綠色為20.4%，藍色為10.6%），伴隨著綠色和藍色的最大亮度分別為347,683 cd m-2和38,063 cd m-2。相較于此前的工作，器件的穩(wěn)定性也有著巨大提升，綠光和藍光器件壽命可達到14,000和195 小時。器件的高性能表現代表了納米晶發(fā)光二極管（Nc-LED）的重大進步，并為將來各向異性納米晶的領域提供重要合成策略。

圖3. a)器件結構示意圖。b)器件外量子效率-亮度示意圖。

該成果中，北京大學物理學院現代光學研究所博士研究生朱云柯、邱晶晶，浙江大學化學系博士研究生魯修遠為共同第一作者；北京大學物理學院現代光學研究所高宇南研究員、白鵬博士，浙江大學化學系金一政教授為共同通訊作者。合作者包括北京大學物理學院、浙江大學化學系、北京大學電子顯微鏡實驗室，以及京東方多位研究人員。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、介觀物理國家重點實驗室，教育部納光電科學研究中心，北京大學長三角光電研究院，以及京東方科技集團股份有限公司等的支持。（來源：北京大學）

轉載請標注來源！更多LED資訊敬請關注官網(www.007seojiaoyu.cn)或搜索微信公眾賬號(LEDinside)