基于CdSe/ZnS量子点光转化层的高稳定性白光LED器件

采用一步法合成了510,550和630 nm三种峰值的高稳定性、高量子效率核壳结构CdSe/ZnS量子点材料,其量子产率分别达到82%,98%,97%。将该量子点材料取代传统的荧光粉材料,与硅胶均匀混合后作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了白光LED器件。通过依次添加不同颜色量子点制备的量子点光转换层,考察了510,550和630 nm三色CdSe/ZnS量子点在硅胶中的不同配比对白光LED器件性能的影响,研究了不同颜色量子点之间的能量转换机制,利用量子点对白光光谱及其色坐标的影响机制,得到优化的白光器件结果及其三色量子点的配比,结果表明,当绿色、黄绿色、红色三种量子点之间的配比为24∶7∶10时,得到高稳定性、高效率的正白光器件特性,在电流20～200 mA范围内,色温变化为4 607～5 920 K,色坐标变化为（0.355 1,0.348 3）～（0.323 4,0.336 1）,显色指数变化为77.6～84.2,器件最高功率效率达到31.69 lm W-1@20 mA。另外,为了进一步考察器件性能稳定的原因,研究了时间、温度以及UV处理对CdSe/ZnS QDs/硅胶混合光转换材料稳定性的影响,结果表明,器件的高稳定性可归因于所采用的一步法合成的核壳结构量子点材料本身的稳定性,研究的优化器件结果是一种低能耗的优质白光光源,可使人们真实地感知物体的原貌,在正白光光源领域具有很好的应用前景。     

基于CuInS2/ZnS核壳结构量子点的高光效暖白光LED

采用逐步热注射法合成了用于白光LED的CuInS₂/ZnS(CIS/ZnS)核壳结构量子点.通过调整Cu/In的比率, 在CuInS₂(CIS)量子点的基础上, 合成了发射波长在570~650 nm之间可调的CIS/ZnS量子点.与CIS量子点的低量子产率相比, 具有核壳结构的CIS/ZnS量子点的量子产率达到了78%.通过在黄光荧光粉YAG :Ce³⁺表面旋涂CIS/ZnS量子点的方式制备了暖白光LED器件.在工作电流为10 mA时, 暖白光LED的发光效率达到了244.58 lm/W.由于CIS/ZnS量子点的加入, 所制备的白光LED器件的显色指数达到86.7且发光颜色向暖色调发生了转移, 相应的色坐标为(0.340 6, 0.369 0).     

量子点白光LED中内嵌式导热支架的应用

量子点白光LED中的量子点在工作温度过高时会发生热淬灭。为了降低量子点白光LED的工作温度，本文提出了一种新型的LED封装方式，即在量子点所在的发光层中加入内嵌式导热支架，从而增强发光层的散热能力。针对本文设计的内嵌导热支架的量子点白光LED(量子点薄膜支架白光LED)，分别应用热学数值模拟和光学数值模拟进行了热学性能和光学性能的评估。热学模拟结果表明量子点薄膜支架白光LED的最大工作温度比传统的量子点白光LED的最大工作温度约降低50℃；光学模拟表明该新型封装结构对LED的空间光度分布的影响较小。本文将内嵌式导热支架应用于量子点白光LED中，极大地降低了LED的最大工作温度，并基本保持了其优良的空间光度分布。     

红、绿CdSe@ZnS量子点配比对三波段标准白光LED器件的影响

将一步法合成的具有梯度合金结构的红光、绿光CdSe@ZnS量子点与硅胶均匀混合后,作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了不含荧光材料的三波段白光LED器件。研究了峰值为650 nm和550 nm的高效率红、绿量子点在硅胶中的含量及配比对白光LED色坐标以及效率的影响。结果表明,当红、绿量子点配比为2：3时,可得到发射纯正白光的QDs-LED器件,色坐标为（0.322 8,0.335 9）、色温为5 725 K,功率效率为26.61 lm/W,显色指数为72.7。光谱中红、蓝、绿三色发光峰的半高宽分别为30,25,38 nm,表明器件具有很好的单色性和高色纯度。     

氧化锌量子点和碳量子点及其复合物的制备与发光性能的研究

采用溶胶凝胶方法和水热法制备了水溶性荧光氧化锌量子点(Zn O-QDs)和碳量子点(C-QDs),其量子效率分别达到38%和61%。基于所合成的Zn O-QDs和C-QDs制备了氧化锌和碳量子点复合物(Zn O/CQDs),并分别对其发光特性进行了研究。透射电镜(TEM)图像表明,所合成的Zn O-QDs和碳量子点尺寸分布在3~6 nm之间,分散均匀。光致发光光谱表明,Zn O-QDs和碳量子点的发光峰中心分别位于540 nm和450 nm,两者发光峰的最佳激发波长为370 nm和350 nm。通过调整Zn O-QDs和C-QDs的体积比,所制备的Zn O/C-QDs能够实现荧光光谱的连续可调,并产生了白色荧光。     

含有量子点的双波长LED的光谱调控

本文通过对含有高In组分量子点的双波长LED进行了模拟计算, 并对器件的能带结构、载流子浓度、复合速率和辐射光谱进行了研究. 通过对器件结构的调整与对比, 发现蓝绿双波长LED的绿光量子阱中加入高In组分量子点后可以拓宽辐射光谱, 使LED光谱具有更高的显色指数, 为实现无荧光粉的白光LED提供指导. 量子点对载流子具有很强的束缚能力, 并且载流子在量子点处具有更短的寿命, 载流子优先在量子点处复合, 量子点处所对应的黄光与量子阱润湿层所对应的绿光的比例随量子点浓度的增大而增大, 载流子浓度较低时以量子点处的黄光辐射为主, 载流子浓度变大后, 量子点复合逐渐达到饱和, 绿光辐射开始占据主导. 对间隔层厚度和间隔层掺杂浓度的调节可以很方便地调控载流子的分布, 从而实现对含有量子点的双波长LED两个活性层辐射速率的调控. 结果表明, 通过对量子点浓度、间隔层厚度、间隔层掺杂浓度的控节可以很好地实现对LED辐射光谱的调控作用. 关键词： GaN 量子点 光谱调控 双波长LED     

室温批量合成高质量无机钙钛矿量子点及其WLED应用

为克服在大批量合成无机钙钛矿量子点(Cs Pb Br₃)时出现的材料光学性能下降的问题,提出了一种改进的室温溶液工艺,通过加入HBr促进前驱体的分散溶解,同时引入路易斯酸配体部分取代油胺,实现量子点表面的缺陷态有效钝化,合成出高质量的Cs Pb Br₃量子点材料。实验测试结果表明,合成出的Cs Pb Br₃量子点荧光发射峰位于517 nm处,发射峰半高宽仅有17 nm,荧光量子效率高达95%。利用制备出的绿光Cs Pb Br₃量子点和商用红色荧光粉混合,和以Ga N为基底的蓝光芯片组装成一个白光LED器件,该器件在20 m A的工作电流下获得流明效率达48.35 lm/W的白光。这种高效白光LED展示出无机钙钛矿量子点在通用照明、背光显示和光通信等领域中具有很大的应用潜力。     

微通道反应器合成高质量的无机钙钛矿量子点及其LED应用

提出一种快速、高效合成高质量无机钙钛矿量子点（CsPbBr₃）的微通道反应器,通过调节前驱体的浓度和流速,可实现荧光光谱绿色至蓝色的转变,波长范围为515~464 nm。利用合成的绿色CsPbBr₃量子点和红色荧光粉制备薄膜,覆盖在蓝色LED芯片表面上,在20 mA的驱动电流下获得流明效率最高可达62.93 lm/W的白光。这种高效的白光LED展示出钙钛矿量子点在低成本显示、照明和光通信等应用领域中巨大的潜力。     

半导体量子点在白光LED器件上的应用研究

以CdSe, CuInS₂和CdS:Mn量子点为例, 本文基于量子点白光LED器件的电光转换过程, 引入量子点的“类”光谱光效率函数, 给出了该器件的色坐标、光效和量子点配比等计算公式, 理论计算结果和实验结果基本一致. 研究结果表明量子点的荧光峰位和峰宽对白光器件的显色指数有显著影响.     

垂直结构多色量子点LED(QD-LED)最新进展

量子点LED以胶体量子点为发光层,通过调节作为发光层量子点的尺寸可以制作出覆盖可见(380-780nm)以及近红外光谱的量子点LED(QD-LED),而且量子点LED器件发出的光谱范围很窄,其光谱半高宽可达30nm。简述了当今国内外关于QD-LED器件结构的研究成果以及器件的制作工艺,介绍了目前课题组最新的一些相关成果。重点阐述了目前已经得到验证的几种量子点器件结构,分析了其存在的优缺点,这些结论对进一步改进QD-LED的结构以及使其可以更有利于商业化提供了参考。     

Fabrication of ZnO and its enhancement of charge injection and transport in hybrid organic/inorganic light emitting devices

ZnO nanocrystals were synthesized by hydrolysis in methanol. X-ray diffraction and photoluminescence spectra confirm that good crystallized ZnO nanoparticles were formed. Utilizing those ZnO nanoparticles and poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MDMO-PPV), light emitting devices with indium tin oxide (ITO)/poly(3,4-oxyethyleneoxy-thiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS)/ZnO:MDMO-PPV/Al and ITO/PEDOT:PSS/MDMO-PPV/Al structures were fabricated. Electroluminescence (EL) spectra reveal that EL yield of hybrid MDMO-PPV and ZnO nanocrystals devices increased greatly as compared with pristine MDMO-PPV devices. The current-voltage characteristics indicate that addition of ZnO nanocrystals can facilitate electrical injection and charge transport. The decreased energy barrier to electron injection is responsible for the increased efficiency of electron injection.     

Enhanced electroluminescence from ZnO‐based heterojunction light‐emitting diodes by hydrogen plasma treatment

The effects of H‐plasma treatment on the electroluminescence (EL) of ZnO‐based light‐emitting diodes have been investigated systematically. After H‐plasma treatment, the EL intensity of the n‐ZnO/AlN/p‐GaN device is observed to be three times stronger than its as‐grown counterpart under the same injection current, and the threshold voltage of the device is significantly reduced simultaneously. The increases in electron concentration and mobility of the ZnO layer resulting from the incorporation of hydrogen atoms into ZnO are considered to be responsible for the improved performance of the ZnO‐based light‐emitting diodes. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Effect of surface oxygen vacancy defects on the performance of ZnO quantum dots ultraviolet photodetector

The slower response speed is the main problem in the application of ZnO quantum dots (QDs) photodetector, which has been commonly attributed to the presence of excess oxygen vacancy defects and oxygen adsorption/desorption processes. However, the detailed mechanism is still not very clear. Herein, the properties of ZnO QDs and their photodetectors with different amounts of oxygen vacancy (V_O) defects controlled by hydrogen peroxide (H₂O₂) solution treatment have been investigated. After H₂O₂ solution treatment, V_O concentration of ZnO QDs decreased. The H₂O₂ solution-treated device has a higher photocurrent and a lower dark current. Meanwhile, with the increase in V_O concentration of ZnO QDs, the response speed of the device has been improved due to the increase of oxygen adsorption/desorption rate. More interestingly, the response speed of the device became less sensitive to temperature and oxygen concentration with the increase of V_O defects. The findings in this work clarify that the surface V_O defects of ZnO QDs could enhance the photoresponse speed, which is helpful for sensor designing.     

Fairly pure ultraviolet electroluminescence from p-Si-based SiOx/ZnO/SiOx double-barrier device

We report fairly pure ultraviolet (UV) electroluminescence (EL) from a novel p-Si-based SiO_x/ZnO/SiO_x (x < 2) double-barrier device. When the device is forward biased with positive voltage applied on the gate electrode of Au film, UV light originated from the near-band-edge emission of ZnO is dominant in the EL spectra, while the defect-related visible emissions are undetectable. In the case of reverse bias, no EL is detected from the device. The mechanisms of EL and carrier transports have been explained in terms of energy band structures under forward and reverse biases.     

聚丙烯酸修饰核壳结构水溶性量子点的制备及表征

先用硫脲修饰的量子点为核,再用聚丙烯酸包覆,并用聚乙烯吡咯烷酮K-30为稳定剂,合成粒径分布均匀、性能稳定的核壳结构水溶性量子点荧光体。采用荧光发射光谱、红外光谱和透射电镜对样品进行表征并探索核量子点在聚丙烯酸聚合物溶液中含量对量子点荧光体的影响。结果表明:聚丙烯酸修饰后量子点粒径分布更均匀;荧光发射主峰由548nm蓝移到448nm。红外光谱图中2 092.8和1 384.3cm-1分别归属于羧基的CO和C—O伸缩振动,1 644.5cm-1归属为酰胺键的CO伸缩振动,核量子点在聚丙烯酸聚合物溶液中最佳含量为2.67mg.mL-1。该量子点制备方法简单易行,具有较好的稳定性及高荧光量子效率,为进一步应用于生物标记奠定基础。     

红光量子点掺杂PVK体系的发光特性研究

无热处理制备了红光CdSe/ZnS量子点掺杂PVK的ITO/PVK:QDs/Alq3/Al结构电致发光器件.测试器件的发光光谱和电学特性等,研究了掺杂浓度(质量分数)对体系发光特性的影响,将非掺杂与掺杂体系做了比较,提出了优化掺杂体系的一些可行方案.量子点掺杂浓度较低时,主要为Alq3的发光;掺杂浓度为20%时,Alq3的发光得到抑制,红光发射最佳;继续增大掺杂浓度,QDs发光峰发生微弱红移,器件性能变差.与非掺杂体系相比,掺杂浓度合适的PVK:QDs体系大大提高了器件的稳定性.     

有机/无机复合双层电子传输层的量子点发光二极管

采用有机/无机复合双层电子传输层（ETL）研制绿色QLEDs,其中有机ETL采用OLED中常见的ETL材料,无机ETL采用ZnO纳米颗粒,并通过调控有机ETL厚度改变电子注入,使电子/空穴达到平衡。制备的器件结构为:ITO/PEDOT:PSS/TFB/QDs/ZnO NPs/TPBI:Liq/Al,其中有机电子传输层TPBI:Liq采用真空蒸镀沉积。与仅采用ZnO电子传输层的器件相比,可以使器件性能得到大幅提升:器件的最大电流效率从11.53 cd/A提升到22.77 cd/A,同时器件的启亮电压、电致发光光谱无明显变化。判断有机ETL的主要作用是抑制了过量电子的注入和传输,在发光亮度变化不大的情况下,降低了器件的无效复合（例如俄歇复合）电流,从而使电流效率明显提升。     

微波辐射法制备水溶性CdTe量子点及其光谱学研究

用半胱胺作为稳定剂,采用微波辐射加热的方法快速合成了水溶性的CdTe量子点。吸收光谱和荧光光谱表明所合成的量子点具有优异的发光性能。透射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)表征了量子点的结构和粒径分布。通过荧光发射光谱研究了反应温度、加热时间和配体浓度对量子点晶体生长速度的影响。反应温度提高或稳定剂半胱胺的浓度减小,纳米晶体的生长速度加快。在一定温度下,随着反应时间的延长,量子点发射波长发生红移。与传统的水相回流方法相比微波加热制备水溶性的CdTe量子点具有反应速度快、得到的量子点尺寸分布均匀、半峰宽较窄和量子产率较高等特点。     

ZnS薄膜参数对有机/无机复合发光器件特性的影响

半导体量子点(QDs)具有发光效率高和发光波长可调等特点。采用胶体CdSe QDs作电致发光器件的有源材料,TPD(N,N′-biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine)作空穴传输层,ZnS作电子传输层,研究了有机/无机复合发光器件ITO/TPD/CdSe QDs/ZnS/Ag的电致发光特性。TPD和CdSe QDs薄膜采用旋涂方法、ZnS薄膜采用磁控溅射方法沉积,器件表面平整。CdSe QDs的光致发光和电致发光谱峰位波长均位于～580 nm,属于量子点的带边激子发光。我们与以前的ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag发光器件结构进行了对比,发现新的器件结构的电致发光谱没有观察到QDs表面态的发光,而且新器件的发光强度是ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag结构的～10倍。发光效率的提高归因于碰撞激发与载流子注入两种发光机制并存的结果：一方面电子经过ZnS 层加速后,碰撞激发CdSe QDs发光;另一方面,空穴从TPD层注入CdSe QDs 与QDs中激发的电子复合发光。我们进一步研究了ZnS电子加速层厚度对发光特性的影响,选择ZnS薄膜的厚度分别是80,120 和160 nm,发现随着ZnS层厚度增大,器件启亮电压升高,EL强度增大,但是击穿电压降低。EL峰位随着ZnS厚度的减小发生明显蓝移,对上述实验现象进行了机理解释。     

Tailoring Cu2−xTe quantum-dot-decorated ZnO nanoparticles for potential solar cell applications

Cu_2−xTe QDs on ZnO nanoparticles were synthesized using a successive ionic layer absorption and reaction technique (SILAR) at room temperature. The as-synthesized QDs which were distributively deposited on ZnO nanoparticles surface were characterized by field emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray diffraction and high-resolution transmittance microscope (HR-TEM). It revealed that the average diameter of the QDs was ∼2 nm. The synthesized Cu_2−xTe QDs were solely orthorhombic Cu_1.44Te phase. The growth mechanism was supposed that it based on ions deposition. The energy gap of as-synthesized Cu_2−xTe QDs was determined ∼1.1 eV and the smallest energy gap of 0.76 eV was obtained, equal to that of bulk material. Raman spectroscopy and FTIR were also used to study the Cu_2−xTe QDs on ZnO nanoparticles. These characteristics suggest a promising implication for a potential broadband sensitizer of QDSCs.