Synthesis of Heavy-Metal-Free Quantum Dots and Fabrication of Quantum Dots Light-Emitting Diodes

无重金属量子点的合成及量子点发光二极管的制造

• 批准号: 20J23803
• 负责人: 山田 博之
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23803/
• 关键词: 量子ドットレーザー; 量子ドット; ナノ粒子; シリコン; 発光ダイオード; エレクトロルミネッセンス; 量子閉じ込め効果; ナノ材料

本年度は、1.「近赤外発光シリコン量子ドット発光ダイオード(Si-QLED)の開発」と2. 「Si-QLEDの光出力強度の増強」の2項目について研究を実施した。1)フォトルミネッセンスピーク波長が1,000nmにあるシリコン量子ドット(SiQD)を湿式合成し、当該QDを活性層へ具備することで1,000 nmの近赤外で発光するSi-QLEDを世界で初めて開発した。外部量子収率(EQE)は4.84%を記録し、900-1100 nmで発光する重金属フリーQLEDの中で最高値を達成した。次に、異なるサイズのSiQDを混合し活性層へ具備することで、ELスペクトル形状の制御を達成した。当該ELスペクトルの形状制御は、吸収スペクトルと発光スペクトル間の大幅なストークスシフトにより、異なるサイズのQD間でのエネルギー移動が最小化されたため達せられたと議論された。これらの成果は国際学術論文誌: ACS Applied Nano Materials, 2021, 4, 11, 11651-11660に掲載された。2)電子輸送層(ETL)としてZnMgOナノ粒子、正孔輸送層(HTL)としてTCTAを具備することで、従来のETLにZnO、HTLにCBPを具備したデバイスよりも光出力強度が10倍高いSi-QLEDの作製に成功した。当該光出力強度の増強メカニズムについて調べるため、デバイス電流密度に対するEQE解析をしたところ、高電流密度下においてもEQEの急激な減少が従来よりも抑制されていた。次に、デバイスの断面走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、高電圧駆動後のデバイスにおいても当初の層構造を保持しており、さらに有機物層への損傷もなかった。以上の結果から、高電圧駆動下においてもデバイス構造が安定しており、効率的なキャリア注入バランスが持続したため、光出力強度が増強されたと結論づけられた。

今年，我们进行了两项研究：1.开发近红外发射硅量子点发光二极管（Si-QLED）和2.增强Si-QLED的光输出强度。 1）通过湿法合成光致发光峰值波长为1,000 nm的硅量子点（SiQD）并将QD纳入有源层，我们开发了世界上第一个发射1,000 nm近红外光的Si-QLED。外量子产率（EQE）达到4.84%，达到900-1100 nm无重金属QLED中的最高值。接下来，我们通过混合不同尺寸的 SiQD 并将它们合并到有源层中来实现对 EL 光谱形状的控制。有人认为，EL 光谱的形状控制是由于吸收光谱和发射光谱之间的显着斯托克斯位移而实现的，这最大限度地减少了不同尺寸 QD 之间的能量转移。这些成果发表在国际学术期刊：ACS Applied Nano Materials, 2021, 4, 11, 11651-11660。 2）采用ZnMgO纳米粒子作为电子传输层（ETL）和TCTA作为空穴传输层（HTL），光输出强度比传统的ETL中ZnO和HTL中CBP的器件高10倍。硅QLED。为了研究光输出强度增强的机理，对器件电流密度进行了EQE分析，结果发现，即使在高电流密度下，EQE的快速下降也比以前得到了抑制。接下来，器件的横截面扫描电子显微镜显示，即使在高电压驱动后，器件仍保持其原始层结构，并且有机层没有损坏。从以上结果可以看出，即使在高电压驱动下，器件结构也很稳定，并且保持了有效的载流子注入平衡，从而提高了光输出强度。

项目成果

SAMURAI 物質・材料研究機構

SAMURAI 国立材料科学研究所

Silicon Quantum Dots for Light-Emitting Diodes Extending to the NIR-II Window

用于延伸至 NIR-II 窗口的发光二极管的硅量子点

• DOI: 10.1021/acsanm.1c02223
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 5.9
• 作者: Watanabe Junpei;Yamada Hiroyuki;Sun Hong;Moronaga Taku;Ishii Yasushi;Shirahata Naoto
• 通讯作者: Shirahata Naoto

Improved Brightness and Color Tunability of Solution-Processed Silicon Quantum Dot Light-Emitting Diodes

溶液处理硅量子点发光二极管的亮度和颜色可调性得到改善

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c06672
• 发表时间: 2020
• 作者: Yamada Hiroyuki;Saitoh Noriyuki;Ghosh Batu;Masuda Yoshitake;Yoshizawa Noriko;Shirahata Naoto
• 通讯作者: Shirahata Naoto

高輝度かつ発光波長可変なコロイダルシリコン量子ドット発光ダイオード

高亮度、可变发射波长的胶体硅量子点发光二极管

• 发表时间: 2021
• 作者: 山田博之;白幡直人
• 通讯作者: 白幡直人

Enhancement of the External Quantum Efficiency of a Silicon Quantum Dot Light‐Emitting Diode by Localized Surface Plasmons

通过局域表面等离子体激元提高硅量子点发光二极管的外部量子效率

• DOI: 10.1002/adma.200703096
• 发表时间: 2008-08-18
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: B. Kim;Chang;Jin‐Soo Mun;M. Kwon;Tae;Jong Su Kim;C. Byeon;Jongmin Lee
• 通讯作者: Jongmin Lee