由西北工業大學柔性電子研究院首席科學家, 中國科學院院士黃維教授與南京工業大學先進材料研究院常務副院長王建浦教授所帶領的團隊利用低溫溶液法, 近日在鈣鈦礦發光層設計上提出了新思路, 將近紅外鈣鈦礦LED外量子效率提高到20.7%, 再次刷新了世界紀錄, 其相關研究成果於10月11日發表在Nature (《自然》) 雜誌上.
LED是一種能夠將電能轉化成光能的半導體電子元件, 具有節能, 環保, 安全和高亮度等特點, 在日常生活和生產中得到了廣泛應用. 近年來興起的鈣鈦礦發光二極體兼具無機LED和有機發光二極體 (OLED) 的優勢, 在低能耗, 高亮度, 大尺寸顯示與照明領域具有廣闊的應用前景. 2016年該科研團隊即提出鈣鈦礦維度調控創造鈣鈦礦發光二極體 (LED) 效率記錄.
對於許多長期從事鈣鈦礦LED研究的科學家們來說, 唯有平整, 覆蓋率高, 無明顯孔洞的鈣鈦礦薄膜才是實現高效率器件的基礎. 該科研團隊此次在《自然》雜誌上發表的題為 '基於自發形成亞微米結構的鈣鈦礦發光二極體' 的研究論文不僅打破這一觀點, 還報道了當前世界上最高的鈣鈦礦LED外量子效率. 王建浦教授說, 他們發現當鈣鈦礦晶粒像一個個麻將牌, 互不相連且不規則地分布在襯底表面時, 可以獲得外量子效率達到20.7%的近紅外鈣鈦礦發光二極體, 與國際同行獲得的13%外量子效率相比, 提高了將近8個百分點, 器件輻照度達到390 W sr-1 m-2, 並且在100 mA cm-2的電流密度下持續工作20個小時後效率才降低一半, 性能遠超目前熱門的相近發光波段的OLED.
據黃維院士介紹, 該團隊還與與浙江大學田鶴教授, 戴道鋅教授團隊合作, 發現這種鈣鈦礦發光層是由分散的鈣鈦礦晶粒和嵌入在晶粒之間的低折射率有機絕緣層組成的, 並且這種結構可以進一步使器件頂電極形成高低起伏的褶皺結構, 從而有效提升器件的出光效率. 這一成果對鈣鈦礦LED的發展與應用具有重要的理論意義和實踐意義, 為進一步推進鈣鈦礦LED的產業化發展提供了全新思路和途徑.
