Fein regulierte lumineszierende Ag-In-Ga-S-Quantenpunkte mit grün-roter Doppelemission in Richtung weißer LEDs

Halbleiter-Quantenpunktmaterialien (QDs) haben aufgrund ihres breiten Farbraums, der einstellbaren Emissionswellenlänge, der hohen Quanteneffizienz, der hohen Farbsättigung und der niedrigen Verarbeitungskosten ein großes Potenzial für Anwendungen in den Bereichen Beleuchtung und Anzeige gezeigt. Beispielsweise haben QD-Materialien auf der Basis von Cadmium und Perowskit bemerkenswerte Fortschritte gemacht, aber die Verwendung von giftigem Cd und Pb hat ihre weitere Anwendung eingeschränkt.

Die RoHS-Verordnung (Restriction of Hazardous Substances) begrenzt die Verwendung von Cd und Pb in elektronischen Produkten eindeutig auf weniger als 100 ppm bzw. 1.000 ppm. Daher ist die Entwicklung neuer umweltfreundlicher Quantenpunkt-Materialsysteme von großer Bedeutung.

In den letzten Jahren haben umweltfreundliche I-III-VI2-QDs wie Ag-In-Ga-S (AIGS)-QDs aufgrund ihrer großen Stokes-Verschiebung, ihrer kontrollierbaren Emission über das gesamte sichtbare Spektrum und ihrer hohen Photolumineszenz große Aufmerksamkeit erregt Quantenausbeute (PLQY).

Sie zeigen großes Potenzial in den Bereichen Beleuchtung und Display. Aufgrund der vielfältigen Elementzusammensetzung von AIGS weist es typischerweise ein breites Emissionsspektrum im sichtbaren Bereich auf, begleitet von einem Hauptemissionspeak mit starker Bandlücke und einem schwachen Defektemissionspeak.

Derzeit konzentrieren sich Forscher hauptsächlich auf die Einengung des PL-Spektrums durch Kern-Schale-Strukturen oder Legierungen, um den Anforderungen der Anzeige gerecht zu werden. Die duale Emissionscharakteristik von QDs mit einem breiten Spektrum in Weißlichtanwendungen hat jedoch offensichtliche Vorteile und ermöglicht die Realisierung von Weißlicht emittierenden Bauelementen (WLEDs) aus einem einzigen Material, wodurch die Nachteile komplexer Prozesse, Selbstabsorption und schlechtem Licht vermieden werden Farbwiedergabe mehrerer fluoreszierender Pulvermischungen in weißem Licht.

Daher ist die Optimierung der Breitbandcharakteristik von AIGS-QDs und die Erzielung einer feinen spektralen Abstimmung von entscheidender Bedeutung für die Untersuchung der Lumineszenzeigenschaften von AIGS und die Realisierung hochwertiger WLEDs.

Auf dieser Grundlage nutzte Professor Song Jizhong von der Universität Zhengzhou die Quantenbeschränkungseigenschaft von Quantenpunktmaterialien, die von ihrer Größe abhängt, und kontrollierte durch Temperaturregulierung der Keimbildung und des Wachstums von AIGS-QDs die Größenverteilung von QD-Kristallen und passte so deren Größe an Emissionsspektrum und erreichte AIGS-QDs mit grün-roten dualen Emissionseigenschaften. Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Optoelektronische Fortschritte.

In dieser Arbeit wurden AIGS-QDs durch ein thermisches Eintopfverfahren synthetisiert und die Größe des Kristalls durch Temperaturregulierung gesteuert.

Bei niedriger Temperatur (180 °C) bildeten sich leichter kleinere Partikel (mit einer Größe von 3,7 nm), während bei hoher Temperatur (250 °C) die Tendenz bestand, dass die Kristalle wuchsen (mit einer Größe von 16,5 nm). Bei 220 °C wurden AIGS-QDs mit zwei unterschiedlichen Größenverteilungen (17 nm und 3,7 nm) erhalten, was zu einem großen Unterschied in ihren Exzitonen-Emissionspeaks führte.

Schließlich wurden AIGS-QDs mit grün-roter Doppelemission (530 nm–630 nm) erzielt und die Doppelpeak-Exzitonenlumineszenzcharakteristik wurde durch temperaturabhängige und anregungsabhängige Spektroskopie bestätigt. Diese Arbeit bietet eine neue Perspektive für die Untersuchung der Lumineszenzeigenschaften des neuen AIGS QDs-Materialsystems.

Diese breitbandigen, bimodal emittierenden QDs haben ein großes Potenzial für WLEDs. In dieser Arbeit wurden AIGS-QDs mit grün-roter Doppelemission mit einem Polymer gemischt und in einen Film gepresst, kombiniert mit einem blauen LED-Chip, wodurch erfolgreich eine WLED mit einem Farbkoordinatenkoordinaten hergestellt wurde von (0,33, 0,31) und einer ähnlichsten Farbtemperatur (CCT) von 5.425 K, einem Farbwiedergabeindex (CRI) von 90 und einer Strahlungslichtausbeute (LER) von 129 lm/W, was darauf hinweist, dass AIGS QDs großes Potenzial haben für Beleuchtungsanwendungen.