Structural Insights and Multi-center Luminescence in Cr 3+ -Doped Gallogermanate for High-Efficiency Near-Infrared pc-LEDs

发光 材料科学 光电子学 宽带 纳米技术 持续发光 化学 计算机科学 反射率 工作(物理)
作者
Wenjie Deng,Decai Huang,Wangzu Zou,Zhi Zhang,Shuping Huang,Haiping Luo,Baoyu Huang,Jiaqing Peng,Weixiong You,Zhihua Xiong,Jing Zhu,Xinyu Ye
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (18): 26525-26536 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.6c05444
摘要

Near-infrared phosphor-converted light-emitting diodes (NIR pc-LEDs) are promising for applications in spectroscopy and bioimaging. Typical NIR phosphor designs feature isolated Cr3+ ion centers in octahedral crystallographic sites. It is challenging to design broad-band NIR phosphors based on tetrahedral crystallographic sites or Cr3+ ion pairs. Herein, we explore an ultrabroadband NIR emission in Cr3+-doped gallogermanate Ga6Ge2O13 (GGO) phosphors via multisite occupancy. Comprehensive analysis combining low-temperature spectroscopy, X-ray absorption near-edge structure, and electron paramagnetic resonance reveals the coexistence of three distinct luminescent centers: the octahedral site (650–850 nm), Cr3+ ion pairs (750–950 nm), and the tetrahedral site (850–1400 nm). This unique configuration enables a tunable and exceptionally broad emission from 650 to 1400 nm. Through Cr3+ concentration engineering, the emission spectra of phosphors exhibit a remarkable red shift. The optimized GGO:6% Cr3+ exhibits satisfactory thermal stability (60% at 423 K) alongside outstanding absorption efficiency (AE = 69%) and external quantum efficiency (EQE = 36%). The fabricated NIR-LED device delivers a high NIR output power of 55.59 mW at 180 mA, demonstrating promising performance in nondestructive testing and bioimaging. This work provides fundamental insights into multisite Cr3+ luminescence and offers a new design paradigm for advanced broadband NIR phosphors.
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