鈣鈦礦與聚合物形成復(fù)合層可實現(xiàn)更高的發(fā)光效率

2018-11-09 16:39:21來源：科技日報

據(jù)英國劍橋大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該校科學(xué)家將鈣鈦礦層整合進(jìn)發(fā)光二極管(LED)內(nèi)，得到的產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)光效率接近創(chuàng)紀(jì)錄的100%，可與最好的有機(jī)LED(OLED)相媲美，未來有望應(yīng)用于顯示、照明、通信及下一代太陽能電池領(lǐng)域。

與廣泛用于高端消費電子產(chǎn)品的OLED相比，鈣鈦礦基LED制造成本更低，并且可發(fā)出具有高色純度的光。雖然科學(xué)家以前就已開發(fā)出鈣鈦礦基LED，但得到的產(chǎn)品將電轉(zhuǎn)化為光的效率不如傳統(tǒng)OLED。劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室理查德·弗里德教授的團(tuán)隊此前開發(fā)的混合鈣鈦礦基LED，其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)中的微小缺陷引起的鈣鈦礦層損失，就限制了它們的發(fā)光效率。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊通過新研究證明，讓鈣鈦礦與聚合物一起形成復(fù)合層，可實現(xiàn)更高的發(fā)光效率，接近薄膜OLED的理論效率極限。研究結(jié)果發(fā)表于最新一期的《自然·光子學(xué)》雜志。

LED器件內(nèi)鈣鈦礦—聚合物復(fù)合層由二維、三維鈣鈦礦與絕緣聚合物制成。當(dāng)超快激光照射在結(jié)構(gòu)上時，攜帶能量的電荷在一萬億分之一秒內(nèi)從二維區(qū)域移動到三維區(qū)域。然后，三維區(qū)域內(nèi)“各自為政”的電荷有效地重新組合并發(fā)光。

論文通訊作者之一狄大衛(wèi)(音譯)博士解釋說：“從二維區(qū)域到三維區(qū)域的能量遷移發(fā)生得非常快，且三維區(qū)域內(nèi)的電荷與聚合物的缺陷相互隔離，這些機(jī)制可以防止缺陷‘搗亂’，從而防止能量損失。這是科學(xué)家首次在鈣鈦礦基產(chǎn)品上實現(xiàn)這一點。”

雖然鈣鈦礦基LED在效率方面已開始與OLED競爭，但目前其穩(wěn)定性較差，暫時還無法用于消費電子產(chǎn)品中。當(dāng)鈣鈦礦基LED首次問世時，壽命僅幾秒鐘。新研究中的鈣鈦礦基LED的半衰期約為50小時，盡管已改善很多，但距離商業(yè)應(yīng)用所需的壽命要求還很遠(yuǎn)，要實現(xiàn)這一點，需要廣泛的工業(yè)發(fā)展計劃。狄大衛(wèi)說：“理解LED的退化機(jī)制是未來改進(jìn)的關(guān)鍵。”

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