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鈣鈦礦LED外量子效率突破30%

發(fā)布時間:2024-6-19來源:青島市科學(xué)技術(shù)局點擊:返回列表

科技日報訊 (記者史俊斌 王禹涵 金鳳)中國科學(xué)院院士、西北工業(yè)大學(xué)柔性電子國家基礎(chǔ)(前沿)科學(xué)中心首席科學(xué)家黃維,南京工業(yè)大學(xué)柔性電子(未來技術(shù))學(xué)院王建浦教授、朱琳副教授團(tuán)隊,在鈣鈦礦發(fā)光二極管(LED)研究領(lǐng)域取得重大突破:通過加快輻射復(fù)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%,接近實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化水平。相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
 
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(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化意義重大。然而,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。
 
提升三維鈣鈦礦材料的熒光量子效率一直是世界性難題。王建浦表示,外量子效率由熒光量子效率和光提取效率共同決定。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(yù)期。
 
“熒光量子效率是輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合過程競爭的結(jié)果,為了提升熒光量子效率,需要抑制非輻射復(fù)合、提升輻射復(fù)合。以往研究中大多采取缺陷鈍化的方式來抑制非輻射復(fù)合,但即使三維鈣鈦礦薄膜缺陷密度已經(jīng)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。”王建浦說。
 
為解決這一難題,該團(tuán)隊創(chuàng)造性地提出了一種通過調(diào)控晶體生長的方法,以生成輻射復(fù)合速率更快的鈣鈦礦晶相,從而使熒光量子效率得以顯著提高。同時,團(tuán)隊成功保持了三維鈣鈦礦的亞微米結(jié)構(gòu),使得器件的光提取效率不受影響,達(dá)到了雙管齊下的效果。由此,這項研究實現(xiàn)了96%的熒光量子效率和大于30%的光提取效率,并進(jìn)一步制備出外量子效率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(jì)錄。
 
“我們發(fā)現(xiàn)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電流密度下,外量子效率仍能保持在30%。”朱琳介紹說。
 
鈣鈦礦LED的發(fā)展,預(yù)示著其在高效綠色照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。黃維院士表示:“這一重大突破進(jìn)一步彰顯了基于鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的薄膜LED技術(shù)的巨大潛力,必將推動基于鈣鈦礦LED的顯示技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐。” 

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