顶刊《Nature Photonics》综述：溶液处理近红外发光二极管！

基于溶液处理半导体（如有机物、卤化物钙钛矿和胶体量子点）的近红外发光二极管已成为生物医学应用、夜视、监控和光通信的可行技术平台。最近，人们对材料结构和光物理性质之间关系的理解不断加深，这使得高效发射体的设计能够导致外部量子效率超过20%的器件。尽管取得了相当大的进步，但在实现高辐射、降低效率和延长运行寿命方面仍然存在挑战。

来自希腊的研究人员综述了发光材料合成方法和器件关键特性的最新进展，这些方法和特性共同有助于提高所制发光器件的性能。相关论文以题目为“Advances in solution-processed near-infrared light-emitting diodes”发表在Nature Photonics期刊上。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00855-2

发射光谱（700–2500 nm）近红外（NIR）部分的发光二极管（LED）支持多种应用，如光学诊断和生物医学成像、光通信、遥感、安全、夜视和数据存储。特定的应用领域决定了NIR内的相关光谱范围（图1a）。就体内生物成像而言，特定NIR波长区域（也称为生物窗口）中的生物组织、含氧血液和脱氧血液的半透明度使得NIR特别适合于光学成像、生物医学传感和光动力治疗。在光无线通信领域，光谱范围也被划分为多个波段，这些波段与光纤传输损耗较小的波长区域相关。

近红外发光二极管还需要用于安全认证、光遗传学、作物生命周期管理、光保真度和监控。常见的近红外LED是III–V无机半导体（例如，GaAs、InGaAs、InGaAlAs）的外延异质结构。商用产品也使用无机磷光体，即掺杂有过渡金属或稀土三价离子的化合物。AlGaAs/GaAs/AlGaAs III–V LED 6在880 nm处的外部量子效率（EQE）为72%，基于LaMgGa11O19:Cr 3+荧光粉的LED在775 nm处的外部量子效率（EQE）为44.5%。然而，III–V LED需要在制造后用高反射镜结构替换基板，以增加其低功率输出，这是由于这些材料（>3.0）和普通基板之间的折射率不匹配造成的。此外，无机磷光体需要非常高温的烧结处理（1000°C以上）。

这些处理需求是低成本手持便携实现的障碍。有机半导体（OSC）、金属卤化物钙钛矿（HP）和胶体量子点（QD）发光材料可在多种衬底上使用低成本和低温方法进行处理：例如，通过基于溶液的工艺，如喷墨打印、刮墨刀和喷涂（图1b）。这些特性使这些薄膜LED成为无机LED的潜在经济高效的替代品，并在可穿戴、植入式和便携式电子设备中具有重要的应用价值。尽管在EQE等不同性能指标方面取得了进展，但在降低效率衰减、延长寿命和缓解某些发射材料的毒性问题方面仍然存在挑战。在这篇综述中，概述了用于实现这些薄膜LED高性能的策略。描述了影响峰值发射波长、效率和操作稳定性的材料和器件设计考虑因素。最后，我们展望了与特定应用相关的未来改进。（文：爱新觉罗星）

图1 |溶液处理近红外LED的适用性和可扩展性。

图2：钙钛矿型LED的近红外发光。

图3近红外LED的优点图。

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