中山大学在胶体量子阱LED领域取得新进展

近日，中山大学电子与信息工程学院刘佰全副教授及其合作者发现了银杂质掺杂的胶体量子阱可以用来制备发光二极管器件（CQW-LED），证实了贵金属掺杂纳米晶中的电致发光效应。该研究成果以“Management of electroluminescence from silver-doped colloidal quantum well light-emitting diodes”为题发表于《Cell》旗下Cell Reports Physical Science。

杂质掺杂技术有望为纳米晶提供新颖的电学、光学、磁学等特性。然而，迄今为止，有关贵金属掺杂纳米晶的研究很少，因此该领域的一些重要性质仍然处于未知状态。尽管十多年前就已经报道了普通金属掺杂纳米晶的电致发光特性，但是贵金属掺杂杂质的电致发光效应尚未揭示，也未在LED中展现出应用的可能。

近年来，胶体量子阱(CQW)作为一种新型的半导体纳米晶，在光电子与微电子领域得到研究者们的广泛青睐。借助于CQW的半导体光电特性，有望了解纳米晶中贵金属杂质的电致发光效应。另一方面，CQW-LED在新型显示和照明技术等领域展现出重要的应用前景，因为其具备众多优点，包括优异的色纯度、低电压、低成本和高效率。然而，CQW-LED仍然面临着诸多挑战。例如，CQW-LED中的激子复合等发光机理还不够清晰，高质量的白光CQW-LED难以实现，以及柔性CQW-LED仍未探索。

银杂质掺杂CQW-LED的激子复合调控发光示意图

针对上述问题，刘佰全副教授及其合作者首次报道了贵金属掺杂在纳米晶材料中的电致发光效应。通过在CdSe CQW中掺杂银杂质，获得了双峰发光体。当银掺杂浓度为0.8%时，CQW-LED的峰值亮度为1339 cd m-2，这不仅是带有杂质发光的纳米晶LED的最大值，也是基于单核型CQW-LED中最大值。通过理解带隙工程，证明了对激子复合的管理是一种简单且有效的调控电致发光的策略。

例如，通过空穴传输层的能级变化，杂质发光波长可以从橙红光606 nm调控到近红外光761 nm。此外，他们还实现了首个基于CQW的有机-无机杂化白光LED，其显色指数高达82，表明基于CQW的白光LED能够满足室内照明的要求。最后，他们还成功实现了柔性CQW-LED。

这些研究结果不仅是展示了贵金属掺杂纳米晶的电致发光效应，同时可以延伸到其它贵金属杂质（如金、镱等），也令贵金属掺杂纳米晶成为一类新型的电子材料成为可能，为将其用于其它电致发光应用提供可能性（如交流电薄膜电致发光器件、发光场效应晶体管等）。

该论文第一完成单位为中山大学电子与信息工程学院，刘佰全副教授为共同第一作者排第一，合作者分别来自新加坡南洋理工大学、澳大利亚莫纳什大学、土耳其比尔肯大学以及土耳其阿卜杜拉居尔大学。该研究工作得到了国家自然科学基金（62104265）和广东省科技计划（2021A0505110009）等项目资助。（来源：中山大学）

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