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2021 年第 5 期

封面文章

基于LiF修饰层的喷墨打印钙钛矿发光二极管
郑春波,郑鑫,冯晨,倪梓全,鞠松蔓,李福山
2021, 42(5): 565-574. DOI: 10.37188/CJL.20210058

摘要：金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子产率、高色纯度、带隙可调等优良光学性能，作为发光材料广泛用于制备钙钛矿电致发光二极管(PeLEDs)。虽然已经取得了较好的研究进展，但是其大面积商业化的进程还比较缓慢，尚需进一步研究。为了实现钙钛矿薄膜发光二极管的大面积制备，本文使用喷墨打印技术，研究了不同基板结构对于钙钛矿前驱液的铺展与结晶成膜的影响及器件性能的比较，引入了具有空穴阻挡能力的无机小分子材料氟化锂(LiF)作为缓冲层沉积于空穴传输层TFB上，获得了像素化的均匀分布的钙钛矿薄膜，从而得到发光均匀的最高亮度为4 861 cd/m²且最大电流效率为5.41 cd/A的印刷钙钛矿发光二极管。研究表明,LiF修饰层对于空穴的注入具有阻挡作用，并且有效阻止了钙钛矿发光层与TFB接触后所导致的激子猝灭现象。
关键词：喷墨打印;钙钛矿发光二极管;电致发光;基板修饰

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发布时间：2021-05-20

光鉴未来

钙钛矿发光-光电器件中的光谱调控
宋宏伟,徐文
2021, 42(5): 575-579. DOI: 10.37188/CJL.20210177

摘要：尽管钙钛矿材料在发光与光电器件等领域的研究发展迅速，但依然面临着如何突破极限效率、提高稳定性以及拓展新的应用空间等关键问题。近年来，本文作者围绕如何拓展钙钛矿材料与器件的光谱响应范围这一主题，在稀土掺杂、有机异质结杂化等方面进行了独特的探索，并取得了一些标识性的成果。作者近期接受了Light人物专访，本文是在此基础上整理出来的，希望与大家分享一些经验与见解。
关键词：钙钛矿;稀土离子;光谱调控;太阳能电池;光电二极管;光电探测器

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发布时间：2021-05-20

特邀综述

固态照明/显示用荧光陶瓷研究进展
李江,李万圆,刘欣,刘强
2021, 42(5): 580-604. DOI: 10.37188/CJL.20200402

摘要：固态照明作为第四代照明光源因其高效、环保的优势在近30年来得到了飞速发展，广泛应用于各种场景(例如汽车大灯、投影显示、工业生产和远距离照明)。而大功率、高亮度的白色发光二极管(W-LED)及激光照明技术对颜色转换材料的服役稳定性提出了新的要求，荧光陶瓷以其能承受高功率激发密度的独特优势应运而生。本文综合评述了固态照明/显示用荧光陶瓷的最新研究进展，阐明了光源的评估标准，总结了白光及几种单色发光荧光陶瓷在大功率照明和投影显示领域的发展和应用。并阐述了荧光陶瓷中光提取效率、显色指数(CRI)和相关色温(CCT)的提升策略，讨论了激光照明中的发光饱和与发光均匀性问题。最后对荧光陶瓷在固态照明/显示应用中的前景和挑战进行了展望。
关键词：颜色转换;荧光陶瓷;高发光效率;高发光品质

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发布时间：2021-05-20

材料合成及性能

铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素
兰月梅,王栋,张国星,饶朋朋,谭骏昊,张学杰,陈岩
2021, 42(5): 605-619. DOI: 10.37188/CJL.20210011

摘要：铯铅卤化物(CsPbX₃,X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点以其优异的光电性能(如可调的发射光谱、高色纯度和量子效率等)引起了研究者们的广泛关注，但较差的水稳定性、热稳定性和光稳定性等缺点极大地限制了其在光电器件中的应用。目前，提高铯铅卤化物钙钛矿量子点稳定性的一种有效方法是将CsX和PbX₂加入惰性玻璃陶瓷基质中，只要外界提供的能量可以克服成核和晶体生长的能量障碍，玻璃中就会析出铯铅卤化物钙钛矿量子点。本文重点介绍了热处理、激光、应力和水四种铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素，并分析了每种诱导因素的优缺点，最后提出了每种诱导因素相对适合的玻璃陶瓷和一些建议。
关键词：钙钛矿量子点;微晶玻璃;诱导因素;光致发光

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发布时间：2021-05-20
Ag-In-Zn-S四元半导体纳米晶的可控制备及其在电致发光二极管中的应用
张京,吕培文,管中源,王立瑾,訚哲,唐爱伟
2021, 42(5): 620-628. DOI: 10.37188/CJL.20210016

摘要：Ag-In-Zn-S四元半导体纳米晶(以下简称AIZS NCs)不仅具有传统半导体纳米晶带隙可调、发光效率高等优异的发光特性，同时凭借其低毒和合成工艺简单等优点，在发光二极管、生物医学和光电转换等领域得到了广泛应用，成为传统镉基半导体纳米材料的有力竞争者之一。本文通过一步反应法制备出发光性能良好的AIZS NCs，并通过组分调控扩大其发光范围，使其发光颜色从绿光调至红光。在此基础上，采用注射法研究了AIZS NCs的形成过程，证明AIZS纳米晶的形成是阳离子交换反应发生的结果。为了进一步提高其发光性能，采用种子生长法继续在AIZS纳米晶中引入Zn源形成合金型AIZS-ZnS NCs，使其光致发光量子产率达到47%。最后，采用全溶液处理方法以AIZS-ZnS NCs作为发光层构筑了绿、黄和红三色电致发光二极管，其中黄光电致发光二极管的电流效率达到了1.07 cd·A^-1。
关键词：Ag-In-Zn-S;半导体纳米晶;控制制备;组分调控;电致发光二极管

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发布时间：2021-05-20
Si掺杂对GaAs纳米线发光特性的影响
李想,亢玉彬,唐吉龙,方铉,房丹,李科学,王登魁,林逢源,楚学影,魏志鹏
2021, 42(5): 629-634. DOI: 10.37188/CJL.20210059

摘要：采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性;通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在;通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源，掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。
关键词：光谱学;GaAs纳米线;Si掺杂;光致发光;分子束外延

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发布时间：2021-05-20
碳点-纤维素复合红色发光材料制备及性能
李冬娜,何红想,张浩然,杨暹,康云艳,董日月,李唯,潘晓琴,寇尔丰,刘应亮,雷炳富
2021, 42(5): 635-641. DOI: 10.37188/CJL.20210055

摘要：白光LED器件作为新一代绿色固态照明光源，已广泛应用于照明、液晶背光等领域，也与智能照明、物联网技术等高新科技产业密切相关。常用的蓝光芯片复合黄光YAG∶Ce³⁺ (Y₃Al₅O₁₂∶Ce³⁺) 荧光粉的白光器件由于缺少红色光谱的成分，导致器件光谱较窄，显色指数较低，色温偏高。因此，红色荧光粉对改善白光LED的光色品质起到了重要作用。本文首先制备了红色碳点(量子效率28%)，通过把红色碳点与纤维素复合，制备了红色荧光粉(量子效率为18%)。该红色荧光粉与黄光YAG∶Ce³⁺荧光粉混合，封装得到暖白光。结果表明，相较于只有黄光YAG∶Ce³⁺荧光粉封装的LED，红色荧光粉掺杂之后，在460 nm蓝光芯片的激发下，白光LED的色坐标由(0.30,0.33)变化到(0.33,0.35)，色温从7 396 K下降到5 714 K，显色指数从78.2升高到82.9，实现了由色温高、显示指数低的冷白光向色温低、显色指数高的暖白光的调节。
关键词：红色碳点;纤维素;暖白光LED;照明

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发布时间：2021-05-20
Ba²⁺调制SrGe_4-xO₉∶xMn⁴⁺晶体结构及其发光性质
魏恒伟,李雅婷,凌钰婷,林继周,刘天用,何地平,焦桓
2021, 42(5): 642-649. DOI: 10.37188/CJL.20200386

摘要：采用传统固相法在1 100 ℃合成了SrGe_4-xO₉∶xMn⁴⁺(SGOM)系列荧光粉，通过Ba²⁺取代Sr²⁺调制了荧光粉基质的局部结构，对样品的晶体结构、发光性质和热稳定性进行了探讨。XRD测试结果表明,Mn⁴⁺和Ba²⁺均成功地掺杂进入基质SrGe₄O₉晶格，没有其他物相产生。在275 nm紫外光激发下,SGOM荧光粉的发射光谱是位于600~750 nm的深红色谱带，峰值波长位于660 nm，主要源于Mn⁴⁺离子²E_g→⁴A_2g能级跃迁的窄带发射，优化的Mn⁴⁺浓度为0.015。利用Ba²⁺离子对SrGe_3.985O₉∶0.015Mn⁴⁺荧光粉的发光性质进行调控，发现随着Ba²⁺浓度增大，发射光谱的强度先上升后下降，最佳Ba²⁺浓度为0.4。 Ba²⁺离子的引入造成基质结构中Sr1O10多面体产生局部扩张，导致样品的发射光谱展宽。为了解决封装白光LED中有机材料存在的难以承受发热的问题，制备出了基于SrGe_3.985O₉∶0.015Mn⁴⁺荧光粉的荧光玻璃。优良的发光性质和热稳定性使SGOM荧光粉具备了应用于白光LED器件的前景。
关键词：晶体结构;SGOM荧光粉;Ba²⁺调制;荧光玻璃

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发布时间：2021-05-20

器件制备及器件物理

高效率钙钛矿量子点发光二极管研究进展
皮慧慧,李国辉,周博林,崔艳霞
2021, 42(5): 650-667. DOI: 10.37188/CJL.20200406

摘要：钙钛矿量子点具有光致发光量子产率高、发光光谱可调、光谱宽度窄、缺陷容忍度高以及独特的量子限域效应等优点，因此成为研制新型高效率发光二极管(LED)的热门材料。本文介绍了近几年基于钙钛矿量子点LED的研究最新进展。首先，介绍了钙钛矿量子点独特的晶体结构及钙钛矿发光器件的工作原理。然后，阐述了合成高光致发光量子产率(PLQY)量子点的方法及提高钙钛矿量子点LED效率的若干方法。最后，分析了当前钙钛矿量子点LED所面临的挑战如不稳定性及毒性，以及可应用在显示和照明方面的高效率LED所展现的前景。本综述为研制更高效率以及更加安全的钙钛矿量子点发光器件提供了有益的见解。
关键词：量子点;钙钛矿发光二极管;光致发光量子产率;外量子效率;电流效率

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发布时间：2021-05-20
基于超薄层MoS₂可饱和吸收体的被动调Q固体Nd∶YAG激光器
付鑫鹏,付喜宏,姚聪,杨飞,张俊,彭航宇,秦莉,宁永强
2021, 42(5): 668-673. DOI: 10.37188/CJL.20210030

摘要：利用超声剥离法制备了超薄层MoS₂纳米片分散液可饱和吸收体，以石英池为容器插入Nd∶YAG激光器的平凹谐振腔中，调节谐振腔镜的位置并增大泵浦功率，成功实现了Nd∶YAG激光器被动调Q脉冲输出。实验结果显示，泵浦功率为2.46 W时，激光器开始调Q运转。泵浦功率为14.55 W时，实现了485 mW的脉冲激光输出功率，重复频率为189.75 kHz，脉冲宽度为1.2 μs，对应的最大脉冲能量为2.56 μJ。结果表明，超薄层MoS₂分散液是适用于1 064 nm波长固体激光器被动调Q运转的可饱和吸收体材料。
关键词：超薄层MoS₂纳米片分散液;可饱和吸收体;Nd∶YAG激光器;被动调Q脉冲

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发布时间：2021-05-20
高功率半导体激光列阵芯片测试表征与仿真优化
杜宇琦,王贞福,张晓颖,杨国文,李特,刘育衔,李波,常奕栋,赵宇亮,兰宇
2021, 42(5): 674-681. DOI: 10.37188/CJL.20210014

摘要：针对高功率半导体激光芯片工作温度升高易引起芯片性能退化和失效问题，首先理论分析了工作温度对内量子效率的影响机理。其次，为量化温度影响芯片稳定性的主要因素，自主搭建高功率半导体激光列阵芯片测试系统，研究15~60 ℃半导体激光列阵芯片的温度特性，分析了5种能量损耗分布及其随温度的变化趋势。实验结果表明，当温度由15 ℃升高至60 ℃，载流子泄漏损耗占比由2.30%急剧上升至11.36%，是造成半导体激光芯片在高温下电光转换效率降低的主要因素。最后进行了外延结构的仿真优化，仿真结果表明，提高波导层Al组分至20%，能有效限制载流子泄漏，平衡Al组分增加带来的串联电阻增大问题，可以获得高效率输出。该研究对高温下半导体激光芯片的设计具有重要的指导意义。
关键词：高功率;半导体激光列阵芯片;高温特性;能量损耗分布

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发布时间：2021-05-20
NaTFSI界面修饰对平面TiO₂基钙钛矿太阳能电池的影响
邹宇,李昭,陈衡慧,刘伊辰,童安玲,颜惠英,何若玮,花国鑫,曾伟东,孙伟海
2021, 42(5): 682-690. DOI: 10.37188/CJL.20210045

摘要：在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中，光吸收钙钛矿层夹在电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)之间。钙钛矿层与电荷传输层之间的界面复合被认为是诱发器件电压损失的主要原因。通过对电荷传输层的修饰，不仅可以提高其电荷传输性能，而且还可以钝化界面缺陷，从而提高电池的光电转换效率(PCE)和稳定性。通过在平面二氧化钛层上引入一层双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠(NaTFSI)来修饰二氧化钛ETL和钙钛矿之间的界面。实验结果显示，利用NaTFSI界面层修饰二氧化钛ETL不仅可以增大上层钙钛矿晶粒尺寸大小，减少晶界从而降低界面载流子复合;而且NaTFSI修饰后的ETL导电性增强，功函数降低。最后，通过优化NaTFSI界面层，实现了器件效率从18.62%至19.83%的显著提升。
关键词：钙钛矿太阳能电池;TiO₂;NaTFSI;界面修饰;光电转换效率

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发布时间：2021-05-20
调控空穴传输层的分子取向提高有机发光二极管性能
崔东岳,王帅,李淑红,刘云龙,王文军
2021, 42(5): 691-699. DOI: 10.37188/CJL.20210046

摘要：有机发光二极管(OLED)器件性能的提高一直是有机电致发光领域备受关注的研究课题之一，通过优化OLED器件中的载流子平衡是提高OLED器件性能的一个非常重要的手段。但是，调控空穴传输层或电子传输层中的分子取向，从而优化器件中的载流子平衡未被关注。本文通过对空穴传输层进行不同温度的退火处理来改变空穴传输层中的分子取向，研究分子取向对其空穴迁移率和OLED器件性能的影响。研究发现，退火温度的升高使得空穴传输层中具有垂直取向的分子的比例增加，促进了空穴迁移率的提高。当把具有不同分子取向的空穴传输层应用于OLED器件时，可以清楚地观察到载流子平衡因子对器件性能的影响。
关键词：有机发光二极管;载流子平衡;单空穴器件;分子取向

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发布时间：2021-05-20
异质诱导酞菁锌有机薄膜晶体管的蒸镀工艺
董金鹏,孙强,李桂娟,苏和平,王璐,朱阳阳,王丽娟
2021, 42(5): 700-707. DOI: 10.37188/CJL.20210024

摘要：通过调控对六联苯(p-6P)诱导层和酞菁锌(ZnPc)蒸镀工艺条件，研究了有机半导体小分子的结晶生长成膜与ZnPc有机薄膜晶体管(OTFT)器件电性能的关系。结果表明,p-6P在180190 ℃较高的衬底生长温度和34 nm的生长厚度下能够形成更大的结晶畴以及对二氧化硅衬底表面更好的覆盖，有利于诱导ZnPc小分子的结晶生长，使晶畴的排列更加有序。同时通过X射线衍射分析晶体结构，结果表明p-6P衬底温度的升高会明显提高ZnPc薄膜的结晶性。电性能研究发现,ZnPc蒸镀厚度的增加会显著提高器件的饱和电流和迁移率，在异质诱导条件下,p-6P薄膜厚度为3 nm、ZnPc蒸镀厚度为20 nm时，器件的饱和电流为1.08×10^-6 A，迁移率为1.66×10^-2 cm²·V^-1·s^-1。
关键词：p-6P;酞菁锌(ZnPc);薄膜生长;有机薄膜晶体管(OTFT);电性能

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发布时间：2021-05-20

发光学应用及交叉前沿

高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用
韩文国,延凤平,冯亭,张鲁娜,秦齐,李挺,郭颖,程丹,白卓娅,王伟,关彪
2021, 42(5): 708-716. DOI: 10.37188/CJL.20210064

摘要：搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器，并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源，种子源输出波长为1 941.10 nm，光信噪比为75 dB,50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB，斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构，分别搭建了前置光放大器和主光放大器，两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%，经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下，切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用，在生物医学领域具有应用潜力。
关键词：光纤激光器;掺铥光纤;高功率;组织切割

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发布时间：2021-05-20
植物生长LED用Sr₂MgAl₂₂O₃₆∶Mn⁴⁺荧光玻璃的制备与发光性质
杨茂林,郑俊丽,余丽萍,廉世勋,周文理
2021, 42(5): 717-723. DOI: 10.37188/CJL.20210022

摘要：采用两步烧结法低温制备了Sr₂MgAl₂₂O₃₆∶Mn⁴⁺-(SiO₂-Al₂O₃-ZnO-BaO)荧光玻璃(SMA∶Mn⁴⁺-PiG)。通过X射线衍射、扫描电镜、光致激发和发射光谱、荧光衰减曲线等手段对其物相、成分与发光性能进行了研究。实验结果表明，形成PiG后,SMA∶Mn⁴⁺荧光粉的物相和元素组成保持不变。不同SAM∶Mn⁴⁺含量的PiG样品在328 nm光激发下，在661 nm处均显示强的发射带，归属于荧光粉中Mn⁴⁺的²E→⁴A₂跃迁，发光光谱与植物光敏色素的红区吸收光谱匹配良好。随着荧光粉含量的增加,SAM∶Mn⁴⁺-PiG的发光强度逐渐增大。15%SMA∶Mn⁴⁺-PiG样品的内、外量子效率分别为26%和20%，低于SMA∶Mn⁴⁺荧光粉的59%和40%。相比于SMA∶Mn⁴⁺荧光粉，荧光玻璃的吸收效率和热稳定性略有提高。通过与高功率紫外芯片封装,SMA∶Mn⁴⁺-PiG红光LED器件在100 mA驱动电流下展现了最高的电致发光强度。
关键词：荧光玻璃;植物生长;Mn⁴⁺;发光二极管

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发布时间：2021-05-20
基于CsPbBr₃纳米晶掺杂硫醇-烯聚合物的荧光太阳集光器制备及集光性能
顾港伟,郑子达,张鑫,张会红,张晓伟
2021, 42(5): 724-732. DOI: 10.37188/CJL.20210025

摘要：荧光太阳集光器在光伏建筑一体化方面的潜在应用受到了广泛关注。本文采用CsPbBr₃纳米晶作为集光器的发光中心，采用硫醇-烯聚合物作为集光器的透明光波导基质。通过荧光发射谱、吸收谱以及荧光寿命谱等对集光性能进行研究，发现将CsPbBr₃纳米晶掺入硫醇-烯聚合物后，发光峰位蓝移了11 nm、半高宽展宽了20.4 nm，这可归因于硫醇-烯聚合物基质的介电约束效应。同时，硫醇-烯聚合物基质大幅提高了CsPbBr₃纳米晶的发光稳定性。当CsPbBr₃纳米晶在硫醇-烯聚合物基质中的掺杂浓度为5.6%时，荧光太阳集光器的集光效率可达8.9%。采用商用的多晶硅太阳能电池耦合在荧光太阳集光器的边缘，在标准AM1.5的太阳光照条件下，器件开路电压为0.47 V，短路电流密度为7.14 mA/cm²，填充因子为24.01%，光电转换效率为2.30%。
关键词：钙钛矿纳米晶;硫醇-烯聚合物;荧光太阳集光器;光致发光;集光效率

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发布时间：2021-05-20

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