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A novel efficient broadband near-infrared phosphor LiGaGe2O6:Cr3+ with EQE enhancement and spectral tuning by Sc3+–Ga3+ substitution for NIR pc-LED application
Inorganic Chemistry Frontiers ( IF 6.1 ) Pub Date : 2022-11-18 , DOI: 10.1039/d2qi02054h Jiaqi Fan 1 , Weiying Zhou 1 , Jilin Zhang 2 , Peichan Chen 3 , Qi Pang 3 , Liya Zhou 3 , Chunyan Zhou 4 , Xinguo Zhang 1
Inorganic Chemistry Frontiers ( IF 6.1 ) Pub Date : 2022-11-18 , DOI: 10.1039/d2qi02054h Jiaqi Fan 1 , Weiying Zhou 1 , Jilin Zhang 2 , Peichan Chen 3 , Qi Pang 3 , Liya Zhou 3 , Chunyan Zhou 4 , Xinguo Zhang 1
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Most of the NIR emitting materials reported until now are limited by their low external quantum efficiency. Developing highly efficient and tunable broadband near-infrared phosphors remains a significant challenge for realizing their multi-applications. Herein, a gallate, LiGaGe2O6, was selected as the host for Cr3+ doping, while its crystal and electronic structures were revealed using the Rietveld refinement and DFT calculations. On irradiating this LiGaGe2O6:Cr3+ phosphor with 460 nm blue light, it generates a broadband NIR emission (λem = 830 nm) covering the 700–1200 nm region with a full width at half maximum of 192 nm. A promising external quantum efficiency (EQE) of 27.9% could be achieved at an optimal Cr3+ content of 0.06. It was found that a spectral tuning with the peak position in the range of 830–890 nm was realized by the Sc3+–Ga3+ substitution with a decreasing crystal field strength. Meanwhile, the optimized Li(Ga0.24Sc0.70)Ge2O6:Cr3+ exhibited an enhanced EQE of 47.8%. The variation of emission thermal stability by Sc3+ substitution was investigated. The prepared phosphor-converted light-emitting diode (pc-LED) device generated an intense NIR emission (25.3 mW at 100 mA) with a photoelectric efficiency of 10%. Thus, this work not only provides a novel high-performance broadband NIR phosphor for NIR pc-LED, but also demonstrates that cationic substitution is an effective strategy to tune and enhance the NIR optical properties of Cr3+-doped phosphors.
中文翻译：
一种新型高效宽带近红外荧光粉 LiGaGe2O6:Cr3+，具有 EQE 增强和通过 Sc3+–Ga3+ 替代进行光谱调谐的 NIR pc-LED 应用
迄今为止报道的大多数 NIR 发射材料都受到其低外部量子效率的限制。开发高效可调宽带近红外荧光粉仍然是实现其多功能应用的重大挑战。在此，选择镓酸盐 LiGaGe 2 O 6作为 Cr 3+掺杂的主体，同时使用 Rietveld 精修和 DFT 计算揭示其晶体和电子结构。在用 460 nm 蓝光照射这种 LiGaGe 2 O 6 :Cr 3+磷光体时，它会产生宽带 NIR 发射 ( λ em= 830 nm) 覆盖 700–1200 nm 区域，半峰全宽为 192 nm。在 0.06 的最佳 Cr 3+含量下，可以实现 27.9% 的有前途的外部量子效率 (EQE) 。结果发现，通过 Sc 3+ -Ga 3+置换实现了 830–890 nm 范围内峰值位置的光谱调谐，晶体场强降低。同时，优化的 Li(Ga 0.24 Sc 0.70 )Ge 2 O 6 :Cr 3+表现出 47.8% 的增强 EQE。Sc 3+对发射热稳定性的影响替代进行了调查。制备的磷光体转换发光二极管 (pc-LED) 器件产生强烈的 NIR 发射（100 mA 时为 25.3 mW），光电效率为 10%。因此，这项工作不仅为 NIR pc-LED 提供了一种新型的高性能宽带 NIR 荧光粉，而且证明了阳离子取代是调节和增强 Cr 3+掺杂荧光粉的 NIR 光学特性的有效策略。
更新日期：2022-11-18
中文翻译：
一种新型高效宽带近红外荧光粉 LiGaGe2O6:Cr3+，具有 EQE 增强和通过 Sc3+–Ga3+ 替代进行光谱调谐的 NIR pc-LED 应用
迄今为止报道的大多数 NIR 发射材料都受到其低外部量子效率的限制。开发高效可调宽带近红外荧光粉仍然是实现其多功能应用的重大挑战。在此，选择镓酸盐 LiGaGe 2 O 6作为 Cr 3+掺杂的主体，同时使用 Rietveld 精修和 DFT 计算揭示其晶体和电子结构。在用 460 nm 蓝光照射这种 LiGaGe 2 O 6 :Cr 3+磷光体时，它会产生宽带 NIR 发射 ( λ em= 830 nm) 覆盖 700–1200 nm 区域，半峰全宽为 192 nm。在 0.06 的最佳 Cr 3+含量下，可以实现 27.9% 的有前途的外部量子效率 (EQE) 。结果发现，通过 Sc 3+ -Ga 3+置换实现了 830–890 nm 范围内峰值位置的光谱调谐，晶体场强降低。同时，优化的 Li(Ga 0.24 Sc 0.70 )Ge 2 O 6 :Cr 3+表现出 47.8% 的增强 EQE。Sc 3+对发射热稳定性的影响替代进行了调查。制备的磷光体转换发光二极管 (pc-LED) 器件产生强烈的 NIR 发射（100 mA 时为 25.3 mW），光电效率为 10%。因此，这项工作不仅为 NIR pc-LED 提供了一种新型的高性能宽带 NIR 荧光粉，而且证明了阳离子取代是调节和增强 Cr 3+掺杂荧光粉的 NIR 光学特性的有效策略。
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