Влияние квантовых точек CdSe/CdS/ZnS на эффективность светодиодных устройств

Цель исследования. Определить влияние красных коллоидных квантовых точек со структурой CdSe/CdS/ZnS на световую отдачу и индекс цветопередачи светодиодных устройств.
Методы. Проведены микроскопические, флуоресцентные и микрорентгеноспектральные исследования силиконового композита с красными коллоидными квантовыми точками CdSe/CdS/ZnS и люминофорным порошком иттрий-алюминиевого граната в составе белых светодиодов с одним чипом InGaN в качестве источника возбуждения 453,7 нм. Гониофотометрические измерения пространственного распределения силы света совместно со спектроколориметром позволили определить световую отдачу и индекс цветопередачи белых светодиодов.
Результаты. Полученная в данной работе порошковая смесь частиц иттрий-алюминиевого граната с нанесенными на их поверхность в виде островковой пленки красными коллоидными квантовыми точками со структурой CdSe/CdS/ZnS, стабилизированными триоктилфосфином и триоктилфосфиноксидом, и длинами волны максимумов люминесценции в диапазоне от 590 до 630 нм в условиях промышленного производства позволила изготовить более 100 белых SMD-светодиодов с улучшением световой отдачи на 11%. Для холодного и нейтрального белого света с координатами цветности от х = 0,332 и у = 0,318 до х = 0,404 и у = 0,401 в цветовом пространстве CIE 1931 индекс цветопередачи Ra белых светодиодов с квантовыми точками превышал 90 при значениях показателя красного цвета R9 от 63 до 81.
Заключение. В данной работе показана эффективность использования для белых светодиодов красных коллоидных квантовых точек на основе полупроводников II-VI групп с квантовым выходом не менее 50% при контролируемой концентрации, соответствующей навеске порошка иттрий-алюминиевого граната, за счёт отсутствия сдвига люминесценции до ИК-области, свойственного нитридному люминофору CaAlSiN₃. 

1. Pimputkar S., Speck J. S., DenBaars S. P., Nakamura S. Prospects for LED lighting //Nature photonics. – 2009. – Т. 3. – №. 4. – С. 180-182. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.32

2. Кузьменко А. П., Аникин Д. П., Родионов В. В. Влияние структурных свойств люминофоров на повышение индекса цветопередачи белого светодиода // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 3. С. 93–108.

3. Yang Z., Li X., Yang Y., Li X. The influence of different conditions on the luminescent properties of YAG:Ce phosphor formed by combustion //Journal of Luminescence. – 2007. – Т. 122. – С. 707-709. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2006.01.266

4. Новиков Е. А., Кузьменко А. П., Родионов В. В., Емельянов В. М., Аникин Д. П., Неручев Ю. А. Влияние концентрации Ce3+ и размеров кристаллических частиц YAG на фотолюминесценцию //Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. – 2024. – Т. 14. – №. 1. – С. 59-75. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-1-59-75

5. George N. C., Denault K. A., Seshadri R. Phosphors for solid-state white lighting //Annual Review of Materials Research. – 2013. – Т. 43. – С. 481-501. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-073012-125702

6. Боровский Е. Светодиоды OSCONIQ S 3030 QD на квантовых точках// Современная светотехника. – 2019. – №. 5. – С. 14-15.

7. García de Arquer F. P., Talapin D. V., Klimov V. I., Arakawa Y., Bayer M., Sargent E. H. Semiconductor quantum dots: Technological progress and future challenges //Science. – 2021. – Т. 373. – №. 6555. – С. eaaz8541. https://doi.org/10.1126/science.aaz8541

8. Хофманн М., Рочева В. Новый светодиод для наружного освещения //Полупроводниковая светотехника. – 2021. – №. 3. – С. 4-7.

9. Wood V., Bulović V. Colloidal quantum dot light-emitting devices //Nano reviews. – 2010. – Т. 1. – №. 1. – С. 5202. https://doi.org/10.3402/nano.v1i0.5202

10. Eren G. O., Sadeghi S., Bahmani Jalali H., Ritter M., Han M., Baylam I., Nizamoglu S. Cadmium-free and efficient type-II InP/ZnO/ZnS quantum dots and their application for LEDs //ACS Applied Materials & Interfaces. – 2021. – Т. 13. – №. 27. – С. 32022-32030. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c08118.

11. Jang E., Jun S., Jang H., Lim J., Kim B., Kim Y. White‐light‐emitting diodes with quantum dot color converters for display backlights //Advanced materials. – 2010. – Т. 22. – №. 28. – С. 3076-3080. https://doi.org/10.1002/adma.201000525

12. Kim N. H., Jeong J., Chae H. White Light Emission with Quantum Dots: A Review //Applied Science and Convergence Technology. – 2016. – Т. 25. – №. 1. – С. 1-6. https://doi.org/10.5757/ASCT.2016.25.1.1

13. Nizamoglu S., Mutlugun E., Özel T., Demir H. V., Sapra S., Gaponik N., Eychmüller A. Dual-color emitting quantum-dot-quantum-well CdSe-ZnS heteronanocrystals hybridized on InGaN∕ GaN light emitting diodes for high-quality white light generation //Applied Physics Letters. – 2008. – Т. 92. – №. 11. https://doi.org/10.1063/1.2898892

14. Onal A., Eren G. O., Sadeghi S., Melikov R., Han M., Karatum O., Nizamoglu S. High-performance white light-emitting diodes over 150 lm/W using near-unity-emitting quantum dots in a liquid matrix //ACS Photonics. – 2022. – Т. 9. – №. 4. – С. 1304-1314. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.1c01805.

15. Song W. S., Yang H. Efficient white-light-emitting diodes fabricated from highly fluorescent copper indium sulfide core/shell quantum dots //Chemistry of Materials. – 2012. – Т. 24. – №. 10. – С. 1961-1967. https://doi.org/10.1021/cm300837z

16. Onal A., Eren G. O., Melikov R., Kaya L., Nizamoglu S. Quantum Dot Enabled Efficient White LEDs for Wide Color Gamut Displays //Advanced Materials Technologies. – 2023. – Т. 8. – №. 9. – С. 2201799. https://doi.org/10.1002/admt.202201799

17. Dai X., Zhang Z., Jin Y., Niu Y., Cao H., Liang X., Peng X. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots // Nature. – 2014. – Т. 515. – № 7525. – С. 96-99. https://doi.org/10.1038/nature13829

18. Jun S., Lee J., Jang E. Highly luminescent and photostable quantum dot–silica monolith and its application to light-emitting diodes //Acs Nano. – 2013. – Т. 7. – №. 2. – С. 1472-1477.

19. Оглукова К. Д., Родионов В. В. Получение люминесцентных наночастиц с квантовыми точками. – ЗАО «Университетская книга» конференция: Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства Курск, 14 декабря 2023 года Организаторы: Юго-Западный государственный университет

20. Трепачев А. В., Родионов В. В., Аникин Д. П. Исследование спектральной характеристики фотоэлемента //Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства. – 2021. – с. 246-249.

21. Erdem T., Nizamoglu S., Sun X. W., Demir H. V. A photometric investigation of ultra-efficient LEDs with high color rendering index and high luminous efficacy employing nanocrystal quantum dot luminophores //Optics Express. – 2010. – Т. 18. – №. 1. – С. 340-347. https://doi.org/10.1364/OE.18.000340

22. Zhang Z., Ye Y., Pu C., Deng Y., Dai X., Chen X., Jin Y. High‐performance, solution‐processed, and insulating‐layer‐free light‐emitting diodes based on colloidal quantum dots //Advanced Materials. – 2018. – Т. 30. – №. 28. – С. 1801387. https://doi.org/10.1002/adma.201801387

23. Xu M., Chen D., Lin J., Lu X., Deng Y., He S., Jin Y. Quantum-dot light-emitting diodes with Fermi-level pinning at the hole-injection/hole-transporting interfaces //Nano Research. – 2022. – Т. 15. – №. 8. – С. 7453-7459. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4260-3

24. Tian Y., Qin Z. Y., Zou S. J., Li Y. Q., Wang Y., Wang W., Tang J. X. Efficient quantum-dot light-emitting diodes featuring the interfacial carrier relaxation and exciton recycling //Materials Today Energy. – 2021. – Т. 20. – С. 100649. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2021.100649