由于溶液法制备SWIR LEDs具有价格低廉和易集成等特点，因而在健康监测、生物医学成像、深度传感、夜视和光学通信等技术领域引起了化学家们广泛的研究兴趣。

铅硫 (PbS, PbSe) CQDs具有可调的发射波长以及在1000-1700 nm波长范围内的高光致量子效率（PLQE），目前溶液法制备的SWIR LEDs大多都是基于此类材料。相比较而言，有机半导体材料和金属卤化物钙钛矿一般发射波长较短。特别是砷化铟（InAs）CQDs，其光致发光波长可以达到700-1450 nm，是非常理想的SWIR材料。此外，InAs CQDs还能够在波长1000 nm以上保持>50%的高PLQE，与铅硫CQDs相当。然而，目前已报道的基于InAs CQDs的SWIR LEDs的EQE仍然不高。尽管近年来取得了一些进展，但是基于InAs CQDs的SWIR LEDs的性能仍然落后于铅硫化合物的同类产品。本文中，作者报道了基于In(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs材料的高性能SWIR LEDs。通过对In(Zn)内核连续包覆宽带隙的(Zn)P、GaP和ZnS壳层，CQDs的PLQE达到了73%。在合成In(Zn)内核的过程中，通过改变前体化学物质的用量和反应温度，最终实现了从925 nm到1025 nm的光谱可调。作者利用溶液法制备的器件结构还实现了高效的SWIR发射且器件的EQE高达13.3%。

Figure 1. n(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS胶体量子点的合成及表征（图片来源：Adv. Mater.）

实验中，作者首先合成了晶格参数逐层减小的In(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs（Figure 1a）。Figure 1b显示随着壳层的逐渐生长，CQDs的吸收和发射光谱的变化。在In(Zn)P壳层生长过程中，发射光谱发生了从870 nm到980 nm的显著红移。此外，n(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs的溶液在405 nm连续光照射2 h的条件下光强度仅下降10%，展现出良好的光学稳定性（Figure 1c）。从TEM照片中来看（Figure 1d），n(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS CQDs为不规则形貌，平均尺寸为4.6 nm。高分辨TEM图显示其晶格条纹为0.34 nm,对应于InP的（111）面。为了更好地理解CQDs的组成，作者还分别将In(Zn)As内核、In(Zn)As-In(Zn)P、In(Zn)As-In(Zn)P-GaP和In(Zn)As-In(Zn)P-GaP-ZnS进行了粉末XRD数据对照实验（Figure 1e）。实验结果表明最高强度峰从属于闪锌矿结构中的（111）、（220）和（311）面。随着In(Zn)P壳层的生长，CQDs的晶格常数逐渐变小，具有 InP材料的特征，因此在2θ角度上有明显的移动。用GaP和ZnS壳层包覆后，由于其壳层较薄，衍射峰的变化可以忽略不计。

Figure 2.  PVK为中间层的短波红外发光二极管的器件结构和性能（图片来源：Adv. Mater.）

利用高亮度的InAs CQDs，作者设计并制备了ITO/ZnO/PVK/PEIE/CQDs/Poly-TPD/MoO₃/Ag结构的LEDs器件（Figure 2a），各层的能级示意图如Figure 2b所示。器件的电致发光位置在1006 nm处，半高峰宽（FWHM）为124 nm（Figure 2c）。数据表明器件具有非常低的0.6 V的开启电压，在1006 nm处的EQE达到了13.3%,平均EQE也可以达到11.5%。（Figure 2d-f）。同时，根据公式可以推算出器件的能量转化效率超过10%（Figure 2g）。作者还测试了器件在连续运行20 h后EQE数值仍可以稳定在85%（Figure 2h）。

Figure 3. 有无PVK中间层的器件性能对比（图片来源：Adv. Mater.）

Figure 3a表示有无PVK中间层的器件EQE的对比，电流-电压数据曲线表明PVK层可有效提高器件性能（Figure 3b）。另外，作者还制备了纯空穴ITO/CQDs/Poly-TPD/MoO₃/Ag结构的器件和纯电子ITO/ZnO/PEIE/CQDs/LiF/Ag结构的器件，并将二者与ITO/ZnO/PEIE/CQDs/LiF/Ag器件结构的电流-电压曲线数据进行对比（Figure 3c），从而说明PVK作为电子阻挡层可以有效降低电流密度。接下来，为了评估PVK中间层对CQDs光学性能的影响，作者比较了沉积在ZnO/PEIE和ZnO/PVK/PEIE表面上的CQDs的稳态发射光谱。如Figure 3d所示，引入PVK中间层后的光致发光强度提高了约50%。同时，PVK夹层的引入也增加了光致发光寿命，抑制了非辐射复合。实验结果表明，PVK有助于降低CQDs和ZnO之间电子的相互作用，从而减少了发光淬灭，使得LEDs的电致发光效率得到提高。