效率更高成本更低的鈣鈦礦LED面世

時間：2021-10-26??訪問 次

    據外媒報道，研究人員新研發的基于鈣鈦礦半導體的LED刷新了新的效率記錄，可與最佳有機LED（OLED）媲美。

　　與廣泛用于高端消費電子產品的OLED相比，由劍橋大學的研究人員開發的基于鈣鈦礦的LED制造成本更低，并且可以調整為通過可見光和具有較高顏色純度的近紅外光譜發光。

　　研究人員對上述LED中的鈣鈦礦層進行的研究設計，實現了接近100%的內部發光效率，開辟了其在顯示器、照明和通信以及下一代太陽能電池等的未來應用前景。

　　這些鈣鈦礦材料與那些用于制造高效太陽能電池的材料相同，有朝一日可以取代商用硅太陽能電池。雖然當前已經開發出了基于鈣鈦礦的LED，但它們在將電能轉化為光的過程中并不如傳統的OLED那樣有效。

　　早在四年前由劍橋大學卡文迪什實驗室的Richard Friend教授帶領的小組開發的混合鈣鈦礦LED雖然很有前景，但是晶體結構中的微小缺陷引起的鈣鈦礦層損失卻限制了它們的發光效率。而在日前，來自同一小組的劍橋研究人員及其協作者已經表明，通過與聚合物一起形成的鈣鈦礦復合層，可以實現更高的發光效率，接近薄膜OLED的理論效率極限。他們的研究結果發表于自然子刊《Nature Photonics》雜志上。

　　該論文協作者之一的劍橋大學卡文迪什實驗室的Dawei Di博士表示：“這種鈣鈦礦 - 聚合物結構有效地消除了非發光性損失，這是第一次在基于鈣鈦礦的設備中實現這種性能。通過這種混合結構，我們基本上可以防止電子和正電荷通過鈣鈦礦結構中的缺陷重新結合。”

　　用于該LED器件的鈣鈦礦 - 聚合物共混物，被稱為體異質結構，是由二維和三維鈣鈦礦成分和絕緣聚合物制成。當超快激光照射在該類聚合物結構上時，多對攜帶能量的電荷對以萬億分之一秒的速度從2-D區域移動到3-D區域：比LED中使用的早期層狀鈣鈦礦結構快得多。隨后，3-D區域中的分離電荷重新組合并發射出非常強烈的光。

　　Di表示：“由于從2-D區域向3-D區域的能量遷移發生得如此之快，而且3-D區域中的電荷與聚合物的缺陷隔離，這些機制可以缺陷的產生，從而有效防止能量損失。”

　　該論文的第一作者Baodan Zhao表示：“在與顯示器應用相關的電流密度下，這些器件的最佳外部量子效率高于20%，創造了鈣鈦礦LED的新記錄，同時也與目前市場上最好的OLED的效率值相似。”

　　雖然這種基于鈣鈦礦的LED在效率方面能媲美OLED，但如果要在消費電子產品中廣泛采用，它們仍需要更好的穩定性。首次開發的鈣鈦礦LED只有幾秒的壽命。而通過目前的研究開發的LED具有接近50小時的半衰期，對于在短短四年內實現的改進是一個巨大的進展，但仍未達到商業應用所需的壽命，因此還將需要廣泛的工業發展規劃。Di指出：“了解該LED的退化機制是未來不斷改進的一大關鍵。”