《Journal of Luminescence》：基于四元量子点的发光二极管

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022231321001411

胶体无机半导体量子点为集成到光电子器件中提供了广泛的机会。量子点可用于不同的应用，如太阳能电池、发光二极管、光电探测器和生物传感器。量子点具有良好的光学性质，如颜色纯度、光稳定性、高吸收截面以及可以通过控制组成和尺寸从紫外光调整到红外光的带隙。此外，量子点的合成方法相对简单，成本低廉。已经开发出一系列具有重要技术意义的半导体的合成方法，量子点可以定制成特定的尺寸、范围和形状。由于量子限制效应，半导体量子点的电子结构与相应块体材料的电子结构有根本的不同。直接带隙半导体大块晶体中的电子-空穴复合通常通过辐射带到带的跃迁发生。在直接带隙胶体量子点中，带到带的跃迁几乎是单色的，由于电子态的量子化，具有很大的振子强度。

量子点的合成对于制备由二元、三元、四元或四元化合物半导体或核/壳形成构型组成的无机纳米异质结构至关重要。电子和空穴的空间分离减少了交换作用，降低了辐射复合速率。因此，设计量子点的表面是器件设计的前提，在器件设计中，有效的电致发光需要具有高光致发光量子产率的量子点。不同的研究小组报道了系量子点的合成和表征。四元量子点是提高发光二极管效率的极佳候选者。第四代量子点通过限制核心电子和改变形成壳层的化合物，增加了复合的几率，从而明显改善了发光。其他重要的参数是由于发射光谱较窄而产生的颜色纯度，以及通过调整颗粒大小和成分来调节颜色。最近，基于量子点(QDs)的发光二极管(LED)被报道。

2013年，报道了CdSe/CdS核壳量子点的合成，并利用倒置结构制备了电流效率为19CdA 1的红色发光二极管。量子点发光二极管(QD-LED)变得与需要高亮度和高颜色纯度的应用相关。量子点发光二极管需要使用复杂的量子点，如CdSe/ZnS和CdSe/CdS，它们是核心/外壳量子点。这种类型的量子点具有10000cdm 2以上的亮度和高的颜色纯度。另外一种类型的量子点是四元量子点，例如在紫外光中具有高效率和发光的构型InAlGaN量子点。

图1.a)在396 nm紫外光激发下，Cd与Zn摩尔比为1：20的CdZnSeS量子点的荧光光谱。b)相应CdZnSeS量子点的吸收光谱。c)不同组成和不同颗粒大小的胶体CdZnSeS量子点的照片，显示出无荧光(上)和有紫外激发(下)的荧光。d)显示蓝色位置的CIE色度图。

图2.a)在396 nm紫外光激发下，Se与S摩尔比为1：10的CdZnSeS量子点的荧光光谱。b)相应CdZnSeS量子点的吸收光谱。c)胶体CdZnSeS绿-黄色发射量子点的照片，不同组成和不同粒径的量子点，显示无(上)和有紫外激发(下)的荧光。d)显示颜色位置的CIE色度图。

图3.a)在396 nm紫外光激发下，Cd与Zn的摩尔比为1：4，Se与S的摩尔比为1：10的CdZnSeS量子点的荧光光谱。B)相应CdZnSeS量子点的吸收光谱。C)不同组成和不同颗粒尺寸的胶体CdZnSeS红色发射量子点的照片，显示出无紫外激发的荧光(上)和有紫外激发的荧光(下)。D)显示红色位置的CIE色度图。

图4。(A)电致发光强度谱。(B)电流密度-电压和亮度-电压曲线。(C)荧光光谱和电致发光光谱的比较。(D)使用红色发光CdZnSeS四元量子点的LED器件的照片。

总的来说，四元胶体半导体量子点可以集成到电子和光电器件中，这些材料具有传统块材半导体所不具备的特性。