新视角 IT科技 接近产业化水平!钙钛矿LED外量子效率突破30%

接近产业化水平!钙钛矿LED外量子效率突破30%

科技日报记者 史俊斌 王禹涵 金凤

中国科学院院士、西北工业大学柔性电子国家基础(前沿)科学中心首席科学家黄维,南京工业大学副教授朱琳和常州大学教授王建浦团队,在钙钛矿发光二极管LED研究领域取得重大突破:通过加快辐射复合速率,显著提高荧光量子效率,使钙钛矿LED外量子效率突破30%,接近实现产业化水平。相关成果发表在国际学术期刊《自然》上。

LED是新型显示领域的关键核心技术,在高端制造业中具有重要地位。钙钛矿LED是一类新兴的薄膜LED,具有加工工艺简便、高亮度高效率等特性,近年来在光电器件研究领域备受瞩目,成为全球新型发光与显示技术激烈竞争的焦点。

钙钛矿发光材料有三维、低维之分,其中三维钙钛矿最有潜力实现高亮度下的高效率发光,对未来发光显示技术实现产业化意义重大。然而,三维钙钛矿LED外量子效率普遍停留在20%左右,整体性能提升遭遇瓶颈。

提升三维钙钛矿材料的荧光量子效率一直是世界性难题。王建浦表示,外量子效率由荧光量子效率和光提取效率共同决定。目前,器件光提取效率限制已被突破,荧光量子效率的提升却未及预期。

“荧光量子效率是辐射复合与非辐射复合过程竞争的结果,为了提升荧光量子效率,需要抑制非辐射复合、提升辐射复合。以往研究中大多采取缺陷钝化的方式来抑制非辐射复合,但即使三维钙钛矿薄膜缺陷密度已经减少到单晶钙钛矿水平,荧光量子效率仍普遍停留在70%左右。”王建浦说。

为解决这一富有挑战性的难题,该团队创造性地提出了一种通过调控晶体生长的方法,以生成辐射复合速率更快的钙钛矿晶相,从而使荧光量子效率得以显著提高。同时,团队成功地保持了三维钙钛矿的亚微米结构,使得器件的光提取效率不受影响,达到了双管齐下的效果。由此,这项研究实现了96%的荧光量子效率和大于30%的光提取效率,并进一步制备出外量子效率32%的高效钙钛矿LED,再次创造了钙钛矿LED发光效率的世界纪录。

“我们发现器件在高亮度下仍能保持高效率,即使在100毫安每平方厘米的大电流密度下,外量子效率仍能保持在30%。”朱琳介绍说。

钙钛矿LED的发展,预示着其在高效绿色照明领域的广泛应用前景。黄维院士表示,“这一重大突破进一步彰显了基于钙钛矿半导体材料的薄膜LED技术的巨大潜力,必将推动基于钙钛矿LED的显示技术的产业化步伐。”

由黄维院士、王建浦教授领衔的创新团队是国际上钙钛矿LED研究的开拓者与引领者。2014年以来,该团队多次突破钙钛矿 LED外量子效率纪录。团队研究成果在全球钙钛矿LED研究领域中形成重大影响,为海内外同行探索高效率钙钛矿LED提供了借鉴。

(来源:中国科技网)

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