近日，山東大學(xué)前沿交叉科學(xué)青島研究院新能源材料超快動力學(xué)研究團(tuán)隊在單組分白光發(fā)光二極管（LED）應(yīng)用研究方面取得重要進(jìn)展，研發(fā)出一種低成本、環(huán)境友好的新型暖白光銅基金屬鹵化物熒光材料，獲得國家發(fā)明專利授權(quán)（專利號202111361100.3）。
以該新型材料開展的相關(guān)研究成果以“Organic-Inorganic Hybrid Cuprous-Based Metal Halides for Warm White Light-Emitting Diodes”為題發(fā)表在國際知名期刊《Advanced Science》上（影響因子17.521）。
圖片來源：山東大學(xué)
據(jù)美國能源信息署報告稱，如果用發(fā)光二極管(LED)完全取代白熾燈泡，預(yù)計到2030年可以降低全球40%以上的照明能耗。白光LED分為冷白光和暖白光兩種類型，其中室內(nèi)照明多以暖白光為主。
然而，目前絕大多數(shù)白光LED技術(shù)主要依靠多組分熒光疊加的方式產(chǎn)生白光，因此很容易出現(xiàn)顯色性差、發(fā)光效率低、有害藍(lán)光成分高、白光光譜不連續(xù)等問題。開發(fā)單組分、高性能熒光材料被認(rèn)為是解決以上問題的關(guān)鍵。但目前報道的單組分暖白光材料還非常少，國際上相關(guān)電致發(fā)光器件的研究仍處于空白狀態(tài)。
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針對以上問題，研究團(tuán)隊設(shè)計并開發(fā)了一種地球資源豐富且不借助任何摻雜即可產(chǎn)生強(qiáng)暖白光的銅基金屬鹵化物—MA2CuCl3 (MA = CH3NH3+)。研究團(tuán)隊制備的MA2CuCl3單晶具有寬頻帶暖白光發(fā)射特性且熒光量子產(chǎn)率高達(dá)97%。
值得一提的是，該材料常溫發(fā)光壽命比之前報道的絕大多數(shù)非鉛鈣鈦礦還要長。研究發(fā)現(xiàn)，MA2CuCl3擁有異常強(qiáng)的激子-聲子耦合作用和高度局域化的空穴分布，這為該類材料優(yōu)異的發(fā)光特性奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊通過對合成方法的探索和優(yōu)化，成功獲得厘米級高質(zhì)量單晶，這使得大面積單晶器件的制備成為可能。
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在以上研究的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊提出了一種新型醇類溶劑制膜策略，接著通過對器件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和薄膜形貌的優(yōu)化，成功制備了MA2CuCl3暖白光LED，其最大亮度達(dá)到54 cd/m2，最大外量子效率為0.04%。
研究團(tuán)隊也嘗試?yán)肕A2CuCl3粉末制備了熒光粉LED，在5.3 V的驅(qū)動電壓下，器件的亮度達(dá)到5500 cd/m2，最高外量子效率為0.6%。以上研究成果為單組分暖白光LED材料和器件研究拓展了思路，同時該項工作也為其他金屬鹵化物熒光材料的電致發(fā)光應(yīng)用提供了新的指導(dǎo)和借鑒。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金和山東大學(xué)齊魯青年學(xué)者基金的聯(lián)合資助。山東大學(xué)為該工作的第一完成單位，2020級碩士研究生孟璇為第一作者，劉鋒研究員為通訊作者。
原文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202203596
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