我國科學(xué)家在鈣鈦礦發(fā)光二極管領(lǐng)域取得新突破
近日,由來自西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院(IFE)、柔性電子材料與器件工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的黃維院士與來自南京工業(yè)大學(xué)海外人才緩沖基地(先進(jìn)材料研究院IAM)的王建浦教授,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦發(fā)光二極管(LED)領(lǐng)域再次取得重大突破。 他們在世界上首次通過自發(fā)形成的具有亞微米尺度的離散型鈣鈦礦,使LED的光提取效率得到大幅度提升,在低成本、高亮度、大面積LED領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用潛力,相關(guān)成果于10月11日首先在線發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)刊物——Nature(《自然》)上。 LED能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)成光能,被稱為第四代照明光源或綠色光源,在顯示與照明領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,具有廣闊的市場前景以及巨大的市場價(jià)值。但是,目前平面結(jié)構(gòu)的LED、尤其是有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的發(fā)光效率還比較低,原因在于除了約20%-30%的光子能通過折射離開器件外,其他光子都被限制在器件中,因此科學(xué)家們通常采用光提取技術(shù)來提高LED的出光效率,然而該方法需要增加圖案化光柵等特殊結(jié)構(gòu),并且成本高、制備工藝復(fù)雜,往往還會(huì)造成LED發(fā)光光譜和出光方向的改變,從而影響發(fā)光效率。 針對(duì)這一世界性的重大科學(xué)難題,黃維院士以及王建浦教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì),通過一種低溫溶液方法,實(shí)現(xiàn)了由一層非連續(xù)、不規(guī)則分布的鈣鈦礦晶粒和嵌入在鈣鈦礦晶粒之間的低折射率有機(jī)絕緣層組成的發(fā)光層,進(jìn)而大幅度地提高了LED的光提取效率。據(jù)南京工業(yè)大學(xué)(簡稱南工)IAM團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)帶頭人、該研究主要負(fù)責(zé)人、南工先進(jìn)材料研究院常務(wù)副院長王建浦教授介紹,使用該方法制備的LED器件外量子效率達(dá)到20.7%,在100 mA cm-2的電流密度下能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到12%。此外,通過與浙江大學(xué)田鶴教授、戴道鋅教授團(tuán)隊(duì)之間的合作,他們發(fā)現(xiàn)該方法形成的非周期性結(jié)構(gòu)可以將LED光提取效率提高10個(gè)百分點(diǎn)。 黃維院士指出,IFE與IAM團(tuán)隊(duì)作為國際上鈣鈦礦發(fā)光領(lǐng)域的開拓者之一,致力于解決鈣鈦礦發(fā)光器件中存在的效率和穩(wěn)定性問題,繼開展“鈣鈦礦維度調(diào)控實(shí)現(xiàn)高效發(fā)光”研究以來,此項(xiàng)研究成果再次實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦LED發(fā)光領(lǐng)域的重大突破,與目前市場上的OLED相比,所獲得的器件效率大體一致,甚至在高亮度條件下的能量轉(zhuǎn)化效率優(yōu)于OLED,從而展現(xiàn)出非常廣闊的應(yīng)用前景。 |