银河国际点击登录新方法将钙钛矿二极管外量子效率提高两成,中国科学家在钙钛矿发光二极管领域取得新突破

新方法将钙钛矿二极管外量子效率提高两成
中国科学家在钙钛矿发光二极管领域取得新突破

本报讯(记者温才妃
通讯员杨芳)
“利用低温溶液法,将钙钛矿LED外量子效率提高20.7%,较国际同行提升近一半。”日前,中科院院士黄维、南京工业大学海外人才缓冲基地教授王建浦团队在钙钛矿发光二极管方面取得的突破发表于《自然》杂志。

银河国际点击登录,新华社南京10月13日电记者13日从南京工业大学获悉,中国科学院院士黄维和该校王建浦教授团队将钙钛矿发光二极管外量子效率提高到20.7%,较国际同行提升近一半,成果近日在国际学术刊物《自然》正刊发表。

平面结构的LED发光效率较低,原因是除了20%~30%的光子能通过折射离开器件外,其他光子都被限制在器件中。研究人员发现,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一层8纳米厚的低折射率有机绝缘层组成,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。

据研究主要完成人、南京工业大学先进材料研究院常务副院长王建浦介绍,目前平面结构的LED,尤其是有机发光二极管的发光效率还比较低。为提高出光率,科学界一般采用光提取技术,但这种方法成本高、制备工艺复杂,往往还会改变LED的发光光谱和出光方向,影响发光效率。

研究人员在钙钛矿前驱体溶液中加入一种氨基酸添加剂,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。

钙钛矿是一种既能发电,还能发光的“明星”材料,具有制备成本低、荧光量子效率高、色纯度高、颜色可调等特性。在黄维院士看来,制备出平整、覆盖率高、无明显孔洞的钙钛矿薄膜是实现高效率发光器件的基础。南京工业大学科研团队经数年研究,提出利用低温溶液法设计钙钛矿发光层的新思路。

王建浦介绍说,该研究可自组装实现低缺陷、亚微米结构的钙钛矿薄膜,同时钙钛发光二极管外量子效率达20.7%,突破了之前获得的13%外量子效率。实验发现在8纳米厚的有机层中镶嵌着自发形成的亚微米级钙钛矿结构,有效避免了LED由于钙钛矿低覆盖度造成的电流泄漏。这预示着钙钛矿LED在光源与显示领域有着极其广阔的应用前景。

研究人员在钙钛矿前驱体溶液中加入一种氨基酸添加剂,使其自发形成一种钙钛矿发光层。“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。”黄维说。

相关论文信息:

王建浦表示,用这种方法制备出的新型钙钛矿LED在多个关键指标上优于相近发光波段的OLED。由于钙钛矿LED兼具无机LED和有机发光二极管OLED的优势,其能耗低、亮度高,容易制成超大面积的器件,在电视、智能手机、大尺寸户外显示屏、汽车与住宅照明等领域有着广阔的应用前景。

《中国科学报》 (2018-10-17 第1版 要闻)

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