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由于溶液法制備SWIR LEDs具有價格低廉和易集成等特點，因而在健康監測、生物醫學成像、深度傳感、夜視和光學通信等技術領域引起了化學家們廣泛的研究興趣。

鉛硫 (PbS, PbSe) CQDs具有可調的發射波長以及在1000-1700 nm波長范圍內的高光致量子效率（PLQE），目前溶液法制備的SWIR LEDs大多都是基于此類材料。相比較而言，有機半導體材料和金屬鹵化物鈣鈦礦一般發射波長較短。特別是砷化銦（InAs）CQDs，其光致發光波長可以達到700-1450 nm，是非常理想的SWIR材料。此外，InAs CQDs還能夠在波長1000 nm以上保持>50%的高PLQE，與鉛硫CQDs相當。然而，目前已報道的基于InAs CQDs的SWIR LEDs的EQE仍然不高。盡管近年來取得了一些進展，但是基于InAs CQDs的SWIR LEDs的性能仍然落后于鉛硫化合物的同類產品。本文中，作者報道了基于In(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs材料的高性能SWIR LEDs。通過對In(Zn)內核連續包覆寬帶隙的(Zn)P、GaP和ZnS殼層，CQDs的PLQE達到了73%。在合成In(Zn)內核的過程中，通過改變前體化學物質的用量和反應溫度，最終實現了從925 nm到1025 nm的光譜可調。作者利用溶液法制備的器件結構還實現了高效的SWIR發射且器件的EQE高達13.3%。

Figure 1. n(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS膠體量子點的合成及表征（圖片來源：Adv. Mater.）

實驗中，作者首先合成了晶格參數逐層減小的In(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs（Figure 1a）。Figure 1b顯示隨著殼層的逐漸生長，CQDs的吸收和發射光譜的變化。在In(Zn)P殼層生長過程中，發射光譜發生了從870 nm到980 nm的顯著紅移。此外，n(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs的溶液在405 nm連續光照射2 h的條件下光強度僅下降10%，展現出良好的光學穩定性（Figure 1c）。從TEM照片中來看（Figure 1d），n(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs為不規則形貌，平均尺寸為4.6 nm。高分辨TEM圖顯示其晶格條紋為0.34 nm,對應于InP的（111）面。為了更好地理解CQDs的組成，作者還分別將In(Zn)As內核、In(Zn)As-In(Zn)P、In(Zn)As-In(Zn)P-GaP和In(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS進行了粉末XRD數據對照實驗（Figure 1e）。實驗結果表明最高強度峰從屬于閃鋅礦結構中的（111）、（220）和（311）面。隨著In(Zn)P殼層的生長，CQDs的晶格常數逐漸變小，具有 InP材料的特征，因此在2θ角度上有明顯的移動。用GaP和ZnS殼層包覆后，由于其殼層較薄，衍射峰的變化可以忽略不計。

Figure 2.  PVK為中間層的短波紅外發光二極管的器件結構和性能（圖片來源：Adv. Mater.）

利用高亮度的InAs CQDs，作者設計并制備了ITO/ZnO/PVK/PEIE/CQDs/Poly-TPD/MoO₃/Ag結構的LEDs器件（Figure 2a），各層的能級示意圖如Figure 2b所示。器件的電致發光位置在1006 nm處，半高峰寬（FWHM）為124 nm（Figure 2c）。數據表明器件具有非常低的0.6 V的開啟電壓，在1006 nm處的EQE達到了13.3%,平均EQE也可以達到11.5%。（Figure 2d-f）。同時，根據公式可以推算出器件的能量轉化效率超過10%（Figure 2g）。作者還測試了器件在連續運行20 h后EQE數值仍可以穩定在85%（Figure 2h）。

Figure 3. 有無PVK中間層的器件性能對比（圖片來源：Adv. Mater.）

Figure 3a表示有無PVK中間層的器件EQE的對比，電流-電壓數據曲線表明PVK層可有效提高器件性能（Figure 3b）。另外，作者還制備了純空穴ITO/CQDs/Poly-TPD/MoO₃/Ag結構的器件和純電子ITO/ZnO/PEIE/CQDs/LiF/Ag結構的器件，并將二者與ITO/ZnO/PEIE/CQDs/LiF/Ag器件結構的電流-電壓曲線數據進行對比（Figure 3c），從而說明PVK作為電子阻擋層可以有效降低電流密度。接下來，為了評估PVK中間層對CQDs光學性能的影響，作者比較了沉積在ZnO/PEIE和ZnO/PVK/PEIE表面上的CQDs的穩態發射光譜。如Figure 3d所示，引入PVK中間層后的光致發光強度提高了約50%。同時，PVK夾層的引入也增加了光致發光壽命，抑制了非輻射復合。實驗結果表明，PVK有助于降低CQDs和ZnO之間電子的相互作用，從而減少了發光淬滅，使得LEDs的電致發光效率得到提高。