Enhanced Short-Wave Infrared Luminescence in Yb3+-Doped Cr(PO3)3 Phosphor with over 60% External Quantum Efficiency

荧光粉 发光 红外线的 兴奋剂 量子效率 材料科学 物理 光学 分析化学(期刊) 原子物理学 光电子学 化学 色谱法
作者
Lipeng Huang,Yanjie Liang,Xulong Lv,Xihui Shan,Yi Zhang,Xiaojun Wang
出处
期刊: [American Chemical Society]
卷期号:3 (3): 779-788 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsaom.5c00025
摘要

Short-wave infrared (SWIR) light sources, as crucial components of SWIR imaging and spectroscopy technologies, have garnered significant attention recently. The rapid development of portable electronic devices has created a demand for compact and efficient SWIR emitters, and phosphor-converted SWIR LEDs represent the optimal technological solution to meet this requirement. Here, a Cr(PO3)3:Yb3+ phosphor with highly efficient and pure SWIR luminescence under 450 nm blue LED excitation is reported. Upon doping with Yb3+ in the Cr(PO3)3 matrix, the resulting material is capable of effectively converting blue excitation photons to SWIR luminescence spanning from 900 to 1200 nm, with a dominant emission peak at 1003 nm due to the efficient energy transfer from Cr3+ to Yb3+. Notably, this phosphor demonstrates an ultrahigh internal quantum efficiency (IQE) of 95.7% and a record external quantum efficiency (EQE) of 60.3% upon 450 nm blue light excitation. Moreover, the fabricated SWIR LED prototype device by combining the Cr(PO3)3:Yb3+ phosphor and a commercial 450 nm blue LED chip exhibits SWIR output power of 24.1 mW at 200 mA input current and a photoelectric conversion efficiency of 12.8% at 20 mA. This study not only opens avenues for realizing high-efficiency SWIR luminescence by deliberately controlling energy transfer pathways in Cr-based material systems but also paves the way for the development of high-power SWIR light sources.
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