中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)成功制備高性能純紅光鈣鈦礦LED

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇 通訊員 張淑凡）記者近日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡偉團(tuán)隊通過給發(fā)光二極管（LED）“拍片子”，找到了純紅光鈣鈦礦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）。

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。

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24600cd/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22670cd/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。