北京交通大学唐爱伟课题组Nano Lett.:窄谱带多元银基硫族纳米晶构筑及电致发光器件应用

I-III-VI族纳米晶(NCs)由于其光吸收能力强、光学性能良好、低毒环保、合成方法简单等优势成为光电子领域的重要材料来源之一。然而由于其多缺陷态发光的特性，导致其发光峰线宽较宽，色纯度较差，限制了其在显示领域的应用。

近年来，北京交通大学唐爱伟课题组围绕着I-III-VI族半导体纳米晶的纳米结构调控、发光光谱窄化以及发光器件的界面工程开展了系统研究，取得了系列成果（Adv. Opt. Mater. 2024, 12, 2400762; Laser. Photon. Rev. 2023, 17, 2200749; Small. 2024, 20, 2307115; J. Mater. Chem. C. 2024, 12, 4593-4598; J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 11857-11863; Adv. Opt. Mater. 2020, 8, 1901555）

近日，该课题组采用一步热反应方法制备出了窄谱带发射的Ag-In-Ga-Zn-S（AIGZS）纳米晶，其发射光谱几乎可以覆盖整个可见光区(470~614 nm)，结合时间分辨荧光光谱、飞秒瞬态吸收光谱以及稳态光谱等技术，阐明了Ga离子钝化有利于抑制施主-受主对（DAP）辐射复合，增强了导带与Ag空位能级之间的辐射复合，从而实现了窄谱带发射。这一成果近期发表在Nano Letter（2024, 24, 9683-9690）,文章的第一作者是北京交通大学2023级博士研究生解修林。

图1. 不同反应时间下绿光AIGZS NCs的光学性能表征

研究人员发现随着反应时间的延长，光致发光峰呈现出变窄的趋势，当反应时间为50分钟时，绿色AIGZS NCs的半峰宽最终达到了34 nm（图1）。AIGZS NCs的生长伴随着Ga离子的扩散，同时Ag离子和In离子含量减少，最终形成AIGZS的合金型纳米晶。通过时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱系统的研究了AIGZS NCs的激子动力学过程（图3），阐述了窄谱带发射机理。

图2.不同反应时间下AIGZS NCs的时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱

研究人员通过调控In/Ga前驱体的投料比例成功实现了发射峰位的调控，发光颜色从蓝色调控到红色，其半高全宽在30-50 nm范围内。随着In/Ga比的增大，吸收和发射光谱呈现逐渐红移的趋势（图4）。采用全溶液法构筑了红绿蓝三基色的电致发光器件（QLEDs），实现了红绿蓝三基色发光，其电致发光峰的半高全宽分别为49 nm（蓝光）, 38 nm（绿光）, 44 nm（红光）。

图3. 不同In/Ga投料比时所制备的AIGZS NCs的光学性能表征

图4. 蓝色、绿色和红色QLEDs的器件性能表征。

文献链接：Xiulin Xie, Jinxing Zhao, Ouyang Lin, Wentao Niu, Yu Li, Lijin Wang, Liang Li, Zhe Yin, Xu Li, Yu Zhang^*, and Aiwei Tang^*. One-Pot Synthesis of Color-Tunable Narrow-Bandwidth Ag–In–Ga–Zn–S Semiconductor Nanocrystals for Quantum-Dot Light-Emitting Diodes. Nano Lett.2024, 24, 9683-9690 .

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02454