《Adv Mater》：效率最高之一！基于无重金属量子点的短波红外发光二极管

短波红外（SWIR）发光对于多种现代应用非常重要，例如人眼安全深度传感、光探测、测距、面部识别、人眼跟踪、光通信和健康监测技术。然而，在SWIR光谱范围内有效发射的已知半导体数量非常有限。

目前，基于胶体量子点的SWIR发光二极管（LED）主要由铅-硫系物系统（PbS、PbSe）组成，尽管存在重金属且效率适中。在这里，来自新加坡国立大学的研究人员提出了一种基于无重金属砷化铟（InAs）核壳胶体量子点（CQD）的高效SWIR-LED。作者在LED的设计中，在电子注入层引入PVK层，从而使器件性能得到了惊人的提高，在1006 nm的长发射波长下，外部量子效率（EQE）达到了13.3%。单载流子器件和光学研究表明，增强的原因是减轻了发光猝灭并改善了电荷平衡。这项工作是SWIR光谱区（>1000 nm）无重金属溶液处理LED的最高效率之一，并在新兴消费电子技术中找到重要应用。相关论文以题目为“Efficient Short-Wave Infrared Light-Emitting Diodes based on Heavy-Metal-Free Quantum Dots ”于2022年发表在Advanced Materials期刊上。

溶液处理短波红外（SWIR）发光二极管因其低成本和兼容集成多种硅电子器件，在健康监测、生物医学成像、深度传感、夜视和光通信等众多应用中需求量很大。目前，溶液处理的SWIR LED基于铅硫族化合物（PbS，PbSe）胶体量子点（CQD），因为它们在1000至1700 nm的光谱范围内具有尺寸可调发射和良好的光致发光量子效率（PLQE）。相比之下，有机半导体和金属卤化物钙钛矿通常不会发出如此长的光谱波长。特别是砷化铟（InAs）CQD作为CQD SWIR发射体显示出巨大的潜力，并显示出700 nm到1450 nm的光致发光（PL）。InAs CQD还能够在1000 nm以上保持>50%的高PLQE，这与硫系铅CQD相当。然而，迄今为止，基于InAs CQD的SWIR LED的外部量子效率（EQE）仍然很低。尽管近年来取得了一些进展，但基于InAs PQD的SWIR LED的报告性能仍然落后于其硫化铅对应物。

在此，作者报告了基于In（Zn）As-In（Zn）P-GaP-ZnS CQD的高性能SWIR LED。在InAs芯的合成过程中，通过改变前体化学品的数量和反应温度，可以实现从925 nm到1025 nm的PL光谱调谐。使用溶液处理的器件结构实现了高效SWIR LED。该器件的最大EQE为13.3%，峰值发射集中在1006 nm。这项工作代表了在SWIR光谱区发射的性能最好的无重金属溶液处理LED。（文：爱新觉罗星）

图1.In（Zn）As-In（Zn）P-GaP-ZnS CQDs的合成和表征。

图2.带PVK夹层的SWIR LED的器件结构和性能。

图3：具有和不具有PVK夹层的器件的对比研究。

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