中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡偉團(tuán)隊通過給發(fā)光二極管(LED)“拍片子”,找到了純紅鈣鈦礦LED性能瓶頸的原因,并成功制備出高性能純紅光鈣鈦礦LED。相關(guān)研究成果于北京時間5月7日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)。
鈣鈦礦三維異質(zhì)結(jié)抑制LED中空穴泄漏卡通示意圖
金屬鹵化物鈣鈦礦是新一代明星半導(dǎo)體材料,作為LED中的發(fā)光層材料,具有載流子遷移率高、色彩純度高、色域廣等優(yōu)勢。純紅光鈣鈦礦LED作為三基色之一的光源,在未來高清顯示領(lǐng)域極具潛力,應(yīng)用前景光明,但目前存在亮度與效率難以兼顧等研究難點。
中國科大研究團(tuán)隊主要解決了純紅光鈣鈦礦LED亮度提高時效率驟降的問題。
樊逢佳團(tuán)隊自主研發(fā)的給LED“拍片子”的“黑科技”——電激發(fā)瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)(EETA),探測LED內(nèi)部的電子(負(fù)電)和空穴(正電),發(fā)現(xiàn)空穴泄漏到電子傳輸層是純紅光鈣鈦礦LED性能瓶頸的原因。
姚宏斌團(tuán)隊提出一種新的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計——“三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)”有效抑制了空穴泄漏。團(tuán)隊在鈣鈦礦晶格內(nèi)部插入有機(jī)分子,改變發(fā)光層晶體結(jié)構(gòu),構(gòu)建了阻攔空穴離開發(fā)光層的“水壩”——“寬帶隙能壘”,在實現(xiàn)載流子限域的同時,保持高遷移率。姚宏斌教授聯(lián)合胡偉教授對這一創(chuàng)新型設(shè)計進(jìn)行了理論結(jié)構(gòu)分析,林岳教授則利用球差電鏡充分驗證了這一材料。
三維CsPbI3-xBrx鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的設(shè)計與材料表征
團(tuán)隊基于“三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)”創(chuàng)造的純紅光鈣鈦礦LED具有國際領(lǐng)先水平的高性能:峰值外量子效率(EQE)達(dá)到24.2%,與頂級OLED水平相當(dāng);最大亮度為24600 cd/m²(坎德拉每平方米),相比之前報道的純紅光三維鈣鈦礦LED提升了三倍;并且器件展現(xiàn)出非常低的效率滾降——亮度為22670 cd/m²時,器件依然具有超過10%的EQE。
這項研究展現(xiàn)出團(tuán)隊創(chuàng)造的三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)材料在發(fā)展高效、明亮且穩(wěn)定鈣鈦礦LED方面的巨大潛力。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)宋永慧(博士)、李波(博士后)、王子?。ú┦垦芯可┖团_曉琳(博士研究生)為本文的共同第一作者;中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌教授、樊逢佳教授、林岳教授和胡偉教授為本論文的共同通訊作者。本工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部等基金支持。理化科學(xué)實驗中心為本課題的開展提供了SEM、PL、UV-vis、球差電鏡等表征設(shè)備的支持。
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