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。

This year, 1. "Development of near-infrared light emitting diode (Si-QLED)" 2. The research of 2 projects of "Increase of light output intensity of Si-QLED" has been carried out. 1) Si-QLEDs are the first in the world to be developed when the active layer of SiQD has a near-infrared emission wavelength of 1,000 nm. The external quantum yield (EQE) was 4.84% on record, reaching the highest value among heavy metal QLEDs in the 900-1100 nm range. The SiQDs in the active layer have the ability to control the shape of the active layer. When the shape of the EL is controlled, the absorption of light is minimized. The results are published in ACS Applied Nano Materials, 2021, 4, 11, 11651-11660. 2)The electron transport layer (ETL), ZnMgO particles, positive pore transport layer (HTL) and TCTA have been successfully fabricated with Si-QLED light output intensity 10 times higher than that of ETL, ZnO and HTL. When the intensity of the light output increases, the intensity of the light output decreases, and the current density decreases, the EQE analysis decreases, and the current density decreases. The structure of the organic layer is maintained after high voltage excitation. The above results show that the structure of high voltage power supply is stable, the efficiency of high voltage power supply is stable, and the light output is strong.

项目成果

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

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

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c06672
• 发表时间: 2020-10
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Hiroyuki Yamada;N. Saitoh;Batu Ghosh;Y. Masuda;N. Yoshizawa;N. Shirahata

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

• DOI: 10.1021/acsanm.1c02223
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: ACS Applied Nano Materials
• 影响因子: 5.9
• 作者: J. Watanabe;Hiroyuki Yamada;Hong-Tao Sun;T. Moronaga;Y. Ishii;N. Shirahata