我國(guó)鈣鈦礦發(fā)光二極管外量子效率突破20%

人民網(wǎng)北京10月11日電（孫競(jìng)）  由西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院首席科學(xué)家黃維院士與南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院常務(wù)副院長(zhǎng)王建浦教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)繼2016年提出鈣鈦礦維度調(diào)控創(chuàng)造鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）效率記錄后，近日利用低溫溶液法，在鈣鈦礦發(fā)光層設(shè)計(jì)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%，相關(guān)研究成果于10月11日發(fā)表在Nature（《自然》）雜志上。

LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化成光能的半導(dǎo)體電子元件，具有節(jié)能、環(huán)保、安全和高亮度等特點(diǎn)，在日常生活和生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)興起的鈣鈦礦發(fā)光二極管兼具無(wú)機(jī)LED和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的優(yōu)勢(shì)，在低能耗、高亮度、大尺寸顯示與照明領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

對(duì)于許多長(zhǎng)期從事鈣鈦礦LED研究的科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，唯有平整、覆蓋率高、無(wú)明顯孔洞的鈣鈦礦薄膜才是實(shí)現(xiàn)高效率器件的基礎(chǔ)，但在《自然》雜志上發(fā)表的題為“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”的研究論文不僅打破這一觀點(diǎn)，還報(bào)道了當(dāng)前世界上最高的鈣鈦礦LED外量子效率。據(jù)該工作主要完成人、南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院常務(wù)副院長(zhǎng)王建浦教授介紹，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈣鈦礦晶粒像一個(gè)個(gè)麻將牌，互不相連且不規(guī)則地分布在襯底表面時(shí)，可以獲得外量子效率達(dá)到20.7%的近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管，與國(guó)際同行獲得的13%外量子效率相比，提高了將近8個(gè)百分點(diǎn)，器件輻照度達(dá)到390 W sr-1 m-2，并且在100 mA cm-2的電流密度下持續(xù)工作20個(gè)小時(shí)后效率才降低一半，性能遠(yuǎn)超目前熱門的相近發(fā)光波段的OLED。

通過(guò)與浙江大學(xué)田鶴教授、戴道鋅教授團(tuán)隊(duì)合作，他們發(fā)現(xiàn)這種鈣鈦礦發(fā)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(jī)絕緣層組成的，并且這種結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步使器件頂電極形成高低起伏的褶皺結(jié)構(gòu)，從而有效提升器件的出光效率。

該研究負(fù)責(zé)人黃維院士進(jìn)一步介紹說(shuō)，“我們這種特殊的結(jié)構(gòu)就像OLED中的光柵結(jié)構(gòu)一樣，可以有效提升器件出光效率，但是它僅僅是通過(guò)在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入一種氨基酸添加劑自發(fā)形成的，這種添加劑一方面可以和底層襯底結(jié)合形成一層有機(jī)絕緣層，另一方面可以誘導(dǎo)鈣鈦礦結(jié)晶形成低缺陷密度的高質(zhì)量晶體，從而實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)光。這一成果對(duì)鈣鈦礦LED的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)踐意義，為進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦LED的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了全新思路和途徑。”