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南方科技大学孙小卫教授课题组AOM:溴离子钝化高效蓝光InP量子点材料与器件研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-15 浏览次数:666
半导体照明网获悉:近日,南方科技大学孙小卫课题组通过低温成核、高温包覆的方法成功制备了基于溴离子钝化的高效蓝光InP量子点材料,同时通过配体工程,将长链的十二硫醇配体交换为短链辛硫醇配体,进一步提升了蓝光InP QLED器件性能。
镉基量子点由于存在生物毒性和环境污染的问题在电子产品的应用中受到了严格限制,InP量子点作为最有前途的替代产品,逐渐受到了学术界和产业界的广泛研究。目前,红光和绿光InP量子点材料光致发光量子产率 (PLQY) 都已接近100%,然而,蓝色InP量子点的最高QY仅为 82%,因此,高效蓝色InP量子点的合成具有重要意义。
 
蓝色InP量子点较低的PLQY主要是由于其较大的比表面积,导致其较易被氧化。同时,InP较小的有效电子质量(0.077me*)使其核心电子更易跃迁至ZnS壳层,使其被表面缺陷所捕获。基于产业化和环保的理念,我们使用毒性低、稳定性好,廉价的三(二甲胺)膦作为前驱体,为了减少成核过程中InP核心的氧化,我们在成核前后分别对量子点进行脱气处理,相比仅有成核前的脱气工艺,InP/ZnS量子点的PLQY提高了10%。另一方面,为了弥补由于核壳间较大的晶格失配(7.7%)导致无法包覆较厚的ZnS壳层限制核心电子跃迁的问题,我们选择使用有机配体和卤素进行协同钝化的方案,钝化壳层表面的缺陷。
 
 
图1.蓝光InP/ZnS/ZnS量子点合成示意图
 
据课题组介绍,溴离子相对于碘离子具有更小的离子半径和更强的电负性,表现出优异的阳离子钝化效果,但在量子点合成过程中,由于溴离子的引入导致的量子点快速生长而普遍应用在绿光InP量子点的合成中。为此,孙小卫课题组团队提出了低温引入溴离子的方法进行核心的生长和钝化,并在高温下包覆ZnS壳层,成功制备出PLQY为93%的蓝光InP量子点。相较于碘离子钝化后54%的PLQY有了显著的提升,也是迄今为止蓝色InP 量子点的最高报道值。
 
 
图2.(a)器件能级图,(b)归一化PL 和 EL 光谱,(c)配体交换前后电流密度-电压-亮度曲线,(d)EQE-电流密度曲线
 
后期通过引入了短链辛硫醇配体来替代长链十二硫醇配体,进一步提升电子和空穴的注入效率,研究团队也成功制备了外量子效率为2.6%的蓝光InP QLED。
 
上述研究工作得到了科技部国家重点研发计划项目(2016YFB0401702);国家自然科学基金项目(No. 61674074, No. 61875082, No. 61405089, No. 62005115);广东省重点区域研发计划项目(No. 2019B010925001, No. 2019B010924001) ;深圳孔雀团队项目(No. KQTD2016030111203005)的支持。
 
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