近日，中國科學院黃維院士、南京工業(yè)大學柔性電子(未來技術)學院王建浦教授和朱琳副教授團隊合作在鈣鈦礦發(fā)光二極管(LED)研究領域取得重大突破。研究團隊通過加快輻射復合速率，顯著提高熒光量子效率，使鈣鈦礦LED外量子效率突破30%大關，接近實現(xiàn)產業(yè)化的水平。相關成果發(fā)表在《自然》上。
眾所周知，LED是新型顯示領域的關鍵核心技術，在高端制造業(yè)中具有非常重要的地位。薄膜LED技術是一類可以把LED器件大面積制備于任意基底(包括柔性基底)的關鍵技術，也是目前主流手機顯示屏制造所普遍采納的先進技術。而基于鈣鈦礦半導體材料的LED是一類新興的薄膜LED技術，具有加工工藝簡便、高亮度高效率等特性。近年來，鈣鈦礦LED技術在光電器件研究領域備受矚目，成為全球新型發(fā)光與顯示技術激烈競爭的焦點。
鈣鈦礦發(fā)光材料有三維、低維之分，其中三維鈣鈦礦最有潛力實現(xiàn)高亮度下的高效率發(fā)光，對未來發(fā)光顯示技術實現(xiàn)產業(yè)化意義重大。然而，近年來三維鈣鈦礦LED外量子效率普遍停留在20%左右，整體性能提升遭遇瓶頸?！巴饬孔有视蔁晒饬孔有屎凸馓崛⌒使餐瑳Q定。目前，器件光提取效率限制已被突破，熒光量子效率的提升卻未及預期。熒光量子效率是輻射復合與非輻射復合過程競爭的結果，也就是說，為了提升熒光量子效率，需要抑制非輻射復合、提升輻射復合。在以往的研究中，研究人員大多采取缺陷鈍化的方式來抑制非輻射復合。但即使三維鈣鈦礦薄膜缺陷密度已經減少到單晶鈣鈦礦水平，熒光量子效率仍普遍停留在70%左右。”王建浦介紹說。
為解決這一世界性難題，該團隊另辟蹊徑，創(chuàng)造性地提出了一種通過調控晶體生長的方法，生成輻射復合速率更快的鈣鈦礦晶相，從而顯著提高了熒光量子效率。同時，團隊巧妙地運用這一創(chuàng)新性方法成功地保持了三維鈣鈦礦的亞微米結構，使器件的光提取效率不受影響，達到了雙管齊下的效果。該研究由此實現(xiàn)了96%的熒光量子效率和大于30%的光提取效率，并進一步制備出外量子效率達到32%的高效鈣鈦礦LED，再次創(chuàng)造了鈣鈦礦LED發(fā)光效率的世界紀錄?！拔覀兺瑯影l(fā)現(xiàn)，器件在高亮度下仍能保持高效率，即使在每平方厘米100毫安的大電流密度下，外量子效率仍能保持在30%以上?！敝炝战榻B說。
談及鈣鈦礦LED的發(fā)展，黃維院士表示，這一重大創(chuàng)新突破彰顯了基于鈣鈦礦半導體材料的薄膜LED技術的巨大潛力，將推動基于鈣鈦礦LED的顯示技術以及探測技術的產業(yè)化步伐，也預示著其在綠色照明、航空航天和健康醫(yī)療領域的廣泛應用前景。
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