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中国研发多量子阱结构钙钛矿LED 器件效率和稳定性远超国际同行

来源:高工LED    发布时间:2016-09-28 12:42      设置字体: 
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摘要:具有多量子阱结构的钙钛矿LED,其器件效率和稳定性远超国际同行报道的其他钙钛矿LED,为钙钛矿材料及其在发光领域的研究开拓了全新的研究方向
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日前,南京工业大学海外人才缓冲基地(先进材料研究院,IAM)、江苏省柔性电子重点实验室黄维院士、王建浦教授团队在钙钛矿发光二极管(LED)研究领域取得重大突破,他们创新性地设计并制备了一种具有多量子阱结构的钙钛矿LED,其器件效率和稳定性远超国际同行报道的其他钙钛矿LED,为钙钛矿材料及其在发光领域的研究开拓了全新的研究方向。

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    早在2015年,来自美国佛罗里达州立大学的研究团队率先发布研制出了钙钛矿LED。他们将研究结果发表在《先进材料》杂志上。

    “早期的工作发现钙钛矿可能在制作LED方面是一种有前景的材料,”研究人员表示,“但是,它的表现还没有达到完全展现潜力。我们认为有显著的改善余地。”

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    在过去,其他研究人员尝试用钙钛矿制作LED,但都无法制作出特别高效的。研究人员认为,如果适当调整公式,该有机-无机混合物能让LED有更好的表现。

    目前市面上常见的基于传统无机半导体材料的无机LED多采用外延生长的量子阱结构,其制备工艺复杂、对材料要求苛刻、能耗高。

    对于近年来在小尺寸显示领域兴起的有机发光二极管(OLED),IAM团队骨干、该研究主要负责人、南京工业大学先进材料研究院副院长王建浦教授介绍说:“有机发光二极管(OLED)与无机LED不同,它不受制备工艺限制,可采用溶液/蒸镀法制备大尺寸柔性器件,具有不可替代的优势,已初步应用在手机、电视等电子产品上。但OLED在拓展应用范围上仍存在局限,主要原因在于器件的效率和稳定性以及制造成本还有待进一步提高。”

    有机-无机杂化钙钛矿材料兼具有机和无机半导体材料的优势,适用于有机半导体材料溶液加工及大面积成膜制备工艺,同时还具备传统无机发光材料的缺陷密度低、发光效率高、色纯度好等优势。黄维院士IAM团队在有机光电子学领域拥有多年的积累与探索,基于此,团队在国内率先开展了钙钛矿LED的研究。

    据黄维院士介绍,针对二维钙钛矿材料发光效率低,三维钙钛矿材料成膜性和稳定性差的问题,该团队创造性地采用溶液加工方法将无机LED中用于提高器件发光效率的量子阱结构引入到钙钛矿LED中,开发了具有多量子阱结构的钙钛矿发光材料,其兼具二维钙钛矿材料成膜质量高和三维钙钛矿材料发光效率高的优点。利用这种维度可调的多量子阱钙钛矿材料,制备的LED器件外量子效率达到11.7%,在100 mA cm-2的电流密度下能量转换效率达5.5%。

    据悉,这一重要研究成果于近日刊登在国际顶级学术期刊《自然·光子学》(Nature Photonics)上。IAM学科带头人、南京工业大学校长黄维院士说,“这是目前为止钙钛矿LED的世界最高纪录,这一技术突破开辟了钙钛矿材料及其在发光领域的研究新方向,也有望在进一步深入研究的基础上,逐步实现产业化。”


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