基於溶液處理半導體（如有機物、鹵化物鈣鈦礦和膠體量子點）的近紅外發光二極體已成為生物醫學應用、夜視、監控和光通訊的可行技術平臺。最近，人們對材料結構和光物理性質之間關係的理解不斷加深，這使得高效發射體的設計能夠導致外部量子效率超過20%的器件。儘管取得了相當大的進步，但在實現高輻射、降低效率和延長執行壽命方面仍然存在挑戰。
來自希臘的研究人員綜述了發光材料合成方法和器件關鍵特性的最新進展，這些方法和特性共同有助於提高所制發光器件的效能。相關論文以題目為“Advances in solution-processed near-infrared light-emitting diodes”發表在Nature Photonics期刊上。
論文連結:
https://www.nature.com/articles/s41566-021-00855-2
發射光譜（700–2500 nm）近紅外（NIR）部分的發光二極體（LED）支援多種應用，如光學診斷和生物醫學成像、光通訊、遙感、安全、夜視和資料儲存。特定的應用領域決定了NIR內的相關光譜範圍（圖1a）。就體內生物成像而言，特定NIR波長區域（也稱為生物視窗）中的生物組織、含氧血液和脫氧血液的半透明度使得NIR特別適合於光學成像、生物醫學感測和光動力治療。在光無線通訊領域，光譜範圍也被劃分為多個波段，這些波段與光纖傳輸損耗較小的波長區域相關。
近紅外發光二極體還需要用於安全認證、光遺傳學、作物生命週期管理、光保真度和監控。常見的近紅外LED是III–V無機半導體（例如，GaAs、InGaAs、InGaAlAs）的外延異質結構。商用產品也使用無機磷光體，即摻雜有過渡金屬或稀土三價離子的化合物。AlGaAs/GaAs/AlGaAs III–V LED 6在880 nm處的外部量子效率（EQE）為72%，基於LaMgGa11O19:Cr 3+熒光粉的LED在775 nm處的外部量子效率（EQE）為44.5%。然而，III–V LED需要在製造後用高反射鏡結構替換基板，以增加其低功率輸出，這是由於這些材料（>3.0）和普通基板之間的折射率不匹配造成的。此外，無機磷光體需要非常高溫的燒結處理（1000°C以上）。
這些處理需求是低成本手持便攜實現的障礙。有機半導體（OSC）、金屬鹵化物鈣鈦礦（HP）和膠體量子點（QD）發光材料可在多種襯底上使用低成本和低溫方法進行處理：例如，透過基於溶液的工藝，如噴墨列印、刮墨刀和噴塗（圖1b）。這些特性使這些薄膜LED成為無機LED的潛在經濟高效的替代品，並在可穿戴、植入式和行動式電子裝置中具有重要的應用價值。儘管在EQE等不同效能指標方面取得了進展，但在降低效率衰減、延長壽命和緩解某些發射材料的毒性問題方面仍然存在挑戰。在這篇綜述中，概述了用於實現這些薄膜LED高效能的策略。描述了影響峰值發射波長、效率和操作穩定性的材料和器件設計考慮因素。最後，我們展望了與特定應用相關的未來改進。（文：愛新覺羅星）
圖1 |溶液處理近紅外LED的適用性和可擴充套件性。
圖2：鈣鈦礦型LED的近紅外發光。
圖3近紅外LED的優點圖。
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