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我国钙钛矿发光二极管外量子效率突破20%

由西北工业大学柔性电子研究院首席科学家黄维院士与南京工业大学先进材料研究院常务副院长王建浦教授所带领的团队继2016年提出钙钛矿维度调控创造钙钛矿发光二极管(LED)效率记录后,近日利用低温溶液法,在钙钛矿发光层设计上提出了新思路,将近红外钙钛矿LED外量子效率提高到20.7%,再次创造了新的世界纪录。相关研究成果于10月11日发表在Nature(《自然》)杂志上。

我国钙钛矿发光二极管外量子效率突破20%

LED是一种能够将电能转化成光能的半导体电子元件,具有节能、环保、安全和高亮度等特点,在日常生活和生产中得到了广泛应用。近年来兴起的钙钛矿发光二极管兼具无机LED和有机发光二极管(OLED)的优势,在低能耗、高亮度、大尺寸显示与照明领域具有广阔的应用前景。

对于许多长期从事钙钛矿LED研究的科学家们来说,唯有平整、覆盖率高、无明显孔洞的钙钛矿薄膜才是实现高效率器件的基础,但在《自然》杂志上发表的题为“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”的研究论文不仅打破这一观点,还报道了当前世界上最高的钙钛矿LED外量子效率。据该工作主要完成人、南京工业大学先进材料研究院常务副院长王建浦教授介绍,他们发现当钙钛矿晶粒像一个个麻将牌,互不相连且不规则地分布在衬底表面时,可以获得外量子效率达到20.7%的近红外钙钛矿发光二极管,与国际同行获得的13%外量子效率相比,提高了将近8个百分点,器件辐照度达到390 W sr-1 m-2,并且在100 mA cm-2的电流密度下持续工作20个小时后效率才降低一半,性能远超目前热门的相近发光波段的OLED。

通过与浙江大学田鹤教授、戴道锌教授团队合作,他们发现这种钙钛矿发光层是由分散的钙钛矿晶粒和嵌入在晶粒之间的低折射率有机绝缘层组成的,并且这种结构可以进一步使器件顶电极形成高低起伏的褶皱结构,从而有效提升器件的出光效率。

该研究负责人黄维院士进一步介绍说,“我们这种特殊的结构就像OLED中的光栅结构一样,可以有效提升器件出光效率,但是它仅仅是通过在钙钛矿前驱体溶液中加入一种氨基酸添加剂自发形成的,这种添加剂一方面可以和底层衬底结合形成一层有机绝缘层,另一方面可以诱导钙钛矿结晶形成低缺陷密度的高质量晶体,从而实现高效率发光。这一成果对钙钛矿LED的发展与应用具有重要的理论意义和实践意义,为进一步推进钙钛矿LED的产业化发展提供了全新思路和途径。”(孙竞)

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