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北京交通大学唐爱伟课题组Nano Lett.:窄谱带多元银基硫族纳米晶构筑及电致发光器件应用
I-III-VI族纳米晶(NCs)由于其光吸收能力强、光学性能良好、低毒环保、合成方法简单等优势成为光电子领域的重要材料来源之一。然而由于其多缺陷态发光的特性,导致其发光峰线宽较宽,色纯度较差,限制了其在显示领域的应用。
近年来,北京交通大学唐爱伟课题组围绕着I-III-VI族半导体纳米晶的纳米结构调控、发光光谱窄化以及发光器件的界面工程开展了系统研究,取得了系列成果(Adv. Opt. Mater. 2024, 12, 2400762; Laser. Photon. Rev. 2023, 17, 2200749; Small. 2024, 20, 2307115; J. Mater. Chem. C. 2024, 12, 4593-4598; J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 11857-11863; Adv. Opt. Mater. 2020, 8, 1901555)
近日,该课题组采用一步热反应方法制备出了窄谱带发射的Ag-In-Ga-Zn-S(AIGZS)纳米晶,其发射光谱几乎可以覆盖整个可见光区(470~614 nm),结合时间分辨荧光光谱、飞秒瞬态吸收光谱以及稳态光谱等技术,阐明了Ga离子钝化有利于抑制施主-受主对(DAP)辐射复合,增强了导带与Ag空位能级之间的辐射复合,从而实现了窄谱带发射。这一成果近期发表在Nano Letter(2024, 24, 9683-9690),文章的第一作者是北京交通大学2023级博士研究生解修林。
图1. 不同反应时间下绿光AIGZS NCs的光学性能表征
研究人员发现随着反应时间的延长,光致发光峰呈现出变窄的趋势,当反应时间为50分钟时,绿色AIGZS NCs的半峰宽最终达到了34 nm(图1)。AIGZS NCs的生长伴随着Ga离子的扩散,同时Ag离子和In离子含量减少,最终形成AIGZS的合金型纳米晶。通过时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱系统的研究了AIGZS NCs的激子动力学过程(图3),阐述了窄谱带发射机理。
图2.不同反应时间下AIGZS NCs的时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱
研究人员通过调控In/Ga前驱体的投料比例成功实现了发射峰位的调控,发光颜色从蓝色调控到红色,其半高全宽在30-50 nm范围内。随着In/Ga比的增大,吸收和发射光谱呈现逐渐红移的趋势(图4)。采用全溶液法构筑了红绿蓝三基色的电致发光器件(QLEDs),实现了红绿蓝三基色发光,其电致发光峰的半高全宽分别为49 nm(蓝光), 38 nm(绿光), 44 nm(红光)。
图3. 不同In/Ga投料比时所制备的AIGZS NCs的光学性能表征
图4. 蓝色、绿色和红色QLEDs的器件性能表征。
文献链接:Xiulin Xie, Jinxing Zhao, Ouyang Lin, Wentao Niu, Yu Li, Lijin Wang, Liang Li, Zhe Yin, Xu Li, Yu Zhang*, and Aiwei Tang*. One-Pot Synthesis of Color-Tunable Narrow-Bandwidth Ag–In–Ga–Zn–S Semiconductor Nanocrystals for Quantum-Dot Light-Emitting Diodes. Nano Lett.2024, 24, 9683-9690 .
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02454
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