近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院、中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點實驗室及合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心的肖正國教授研究組在制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦單晶LED領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究團(tuán)隊利用空間限制法生長出高質(zhì)量、大面積、超薄的鈣鈦礦單晶,并首次制備出亮度超過86,000 cd/m2,壽命高達(dá)12500 h的鈣鈦礦單晶LED,向鈣鈦礦LED應(yīng)用于人類照明邁出了重要一步。相關(guān)成果以“Highly bright and stable single-crystal perovskite light-emitting diodes ”為題,于2月27號發(fā)表在《Nature Photonics》雜志上。
金屬鹵化物鈣鈦礦因其發(fā)光波長可調(diào)、發(fā)光半峰寬窄、可低溫制備等特性成為新一代LED顯示與照明材料。目前,基于多晶薄膜的鈣鈦礦LED(PeLED)的外量子效率(EQE)已經(jīng)超過20%,可以媲美商用有機(jī)LED(OLED)。近年來,報道的絕大多數(shù)高效率鈣鈦礦LED器件的壽命在數(shù)百到數(shù)千小時不等,仍落后于OLED。離子移動,載流子注入不平衡,運(yùn)行過程產(chǎn)生的焦耳熱等因素都會影響器件穩(wěn)定性。此外,多晶鈣鈦礦器件中嚴(yán)重的俄歇復(fù)合也限制了器件的亮度。
針對以上問題,肖正國課題組利用空間限制法在襯底上原位生長鈣鈦礦單晶,通過調(diào)控生長條件,引入有機(jī)胺和聚合物,有效提升了晶體質(zhì)量,從而制備出高質(zhì)量的MA0.8FA0.2PbBr3薄單晶,最小厚度僅為1.5 μm,表面粗糙程度小于0.6 nm,內(nèi)部熒光量子產(chǎn)率(PLQYint)達(dá)到90%。以薄單晶作為發(fā)光層制備的鈣鈦礦單晶LED器件的EQE達(dá)到11.2%,亮度超過86,000 cd/m2,壽命高達(dá)12500 h,初步達(dá)到商業(yè)化門檻,成為目前穩(wěn)定性最好的鈣鈦礦LED器件之一。以上工作充分展示了使用鈣鈦礦薄單晶作為發(fā)光層是解決穩(wěn)定性問題的可行方案,以及鈣鈦礦單晶LED在人類照明和顯示領(lǐng)域的巨大前景。
圖示:空間限制法生長單晶示意圖(a),單晶的顯微鏡圖(b),
鈣鈦礦單晶LED的器件結(jié)構(gòu)(c),鈣鈦礦單晶LED性能表征(d-f)。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院肖正國教授為該論文的通訊作者。物理系博士后陳文靜以及碩士研究生黃總銘、姚海濤為該論文的共同第一作者。本項研究得到國家自然科學(xué)基金委、中組部以及中國科大的資助。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41566-023-01167-3
(物理學(xué)院、中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點實驗室、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、科研部)
新聞鏈接:http://news.ustc.edu.cn/info/1055/81807.htm
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