LED領域重大突破!Nature發(fā)表黃維院士、王建浦團隊成果

　　近日，由西北工業(yè)大學柔性電子研究院、柔性電子材料與器件工業(yè)和信息化部重點實驗室的黃維院士與來自南京工業(yè)大學海外人才緩沖基地(先進材料研究院)的王建浦教授帶領的IFE和IAM團隊在鈣鈦礦發(fā)光二極管(LED)領域再次取得重大突破。他們在世界上首次通過自發(fā)形成的具有亞微米尺度的離散型鈣鈦礦，使LED的光提取效率得到大幅度提升，在低成本、高亮度、大面積LED領域展現(xiàn)出獨特的應用潛力，相關成果于10月11日發(fā)表在國際頂尖學術刊物——Nature(《自然》)上。

　　LED能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)成光能，被稱為第四代照明光源或綠色光源，在顯示與照明領域應用廣泛，具有廣闊的市場前景以及巨大的市場價值。但是，目前平面結(jié)構(gòu)的LED、尤其是有機發(fā)光二極管(OLED)的發(fā)光效率還比較低，原因在于除了約20%-30%的光子能通過折射離開器件外，其他光子都被限制在器件中，因此科學家們通常采用光提取技術來提高LED的出光效率，然而該方法需要增加圖案化光柵等特殊結(jié)構(gòu)，并且成本高、制備工藝復雜，往往還會造成LED發(fā)光光譜和出光方向的改變，從而影響發(fā)光效率。

　　針對這一世界性的重大科學難題，黃維院士以及王建浦教授所帶領的團隊，通過一種簡單的低溫溶液法，實現(xiàn)了由一層非連續(xù)、不規(guī)則分布的鈣鈦礦晶粒和嵌入在鈣鈦礦晶粒之間的低折射率有機絕緣層組成的發(fā)光層，進而大幅度地提高了LED的光提取效率。據(jù)南工IAM團隊學術帶頭人、該研究主要負責人、南工先進材料研究院常務副院長王建浦教授介紹，使用該方法制備的LED器件外量子效率達到20.7%，在100 mA cm-2的電流密度下能量轉(zhuǎn)化效率達到12%。此外，通過與浙江大學田鶴教授、戴道鋅教授團隊之間的合作，他們發(fā)現(xiàn)該方法形成的非周期性結(jié)構(gòu)可以將LED光提取效率提高10個百分點。

　　圖1 鈣鈦礦LED的制備與亞微米結(jié)構(gòu)表征

　　黃維院士告訴記者，IFE與IAM團隊作為國際上鈣鈦礦發(fā)光領域的開拓者之一，致力于解決鈣鈦礦發(fā)光器件中存在的效率和穩(wěn)定性問題，繼開展“鈣鈦礦維度調(diào)控實現(xiàn)高效發(fā)光”研究以來，此項研究成果再次實現(xiàn)了鈣鈦礦LED發(fā)光領域的重大突破，與目前市場上的OLED相比，所獲得的器件效率大體一致，甚至在高亮度條件下的能量轉(zhuǎn)化效率優(yōu)于OLED，從而展現(xiàn)出非常廣闊的應用前景。

　　圖2 鈣鈦礦LED的光電特性

　　相關研究工作以“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”為題于Nature雜志在線發(fā)表，黃維院士為該論文的共同通訊作者。以上研究工作得到國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金委員會杰出青年科學基金項目等資助。

　　時隔一個多月，該團隊再次在Nature發(fā)表原創(chuàng)性成果。2014年以來，黃維院士領銜的創(chuàng)新團隊已相繼在《自然》(Nature)《自然.材料》(Nature.Materials)《自然.納米技術》(Nature Nanotechnology)《自然.光子學》(Nature Photonics)和《自然.通訊》(Nature Communications)等國際頂尖學術期刊上發(fā)表一系列重要學術成果。