照明領域半導體材料的新突破

固態(tài)照明（SSL）技術由于其在節(jié)能和減少環(huán)境污染方面的優(yōu)勢，正逐漸取代傳統(tǒng)的照明光源。因此，開發(fā)可應用在SSL設備的高性能發(fā)光材料成為近十年來的一個非常熱門的研究方向。這些發(fā)光材料可作為發(fā)光二極管（LEDs）或有機發(fā)光二極管（OLEDs）的熒光粉或發(fā)射層。本綜述簡要總結了近年來不同種類的具有優(yōu)越發(fā)光性能的無機-有機雜化半導體材料最新研究進展，并探討其在節(jié)能發(fā)光照明領域的應用前景。

研究背景：

近年來，能源與環(huán)境問題日益嚴峻，開發(fā)新能源材料成為材料研究的重點。提高能源效率的最有效方法是用更高效的替代品取代傳統(tǒng)的高能耗技術。用于照明的固態(tài)照明（SSL）技術，包括發(fā)光二極管（LED）和有機發(fā)光二極管（OLED），比傳統(tǒng)照明設備的效率和壽命要高得多。由于通用照明在全球能源消耗中占有相當大的比重，SSL在照明和顯示行業(yè)掀起了一場革命，被廣泛認為是未來的照明技術。熒光材料是LED和OLED不可缺少發(fā)光部件。目前商業(yè)化的熒光材料有多種，但其普遍含有稀土金屬元素。稀土元素的開采和提煉，尤其是在利益的驅使下出現大量非法開采對環(huán)境造成了嚴重的損害，同時也存在著巨大的安全隱患。由于這些原因，開發(fā)新型的性能更優(yōu)越的發(fā)光照明材料仍具有重要意義。

無機-有機雜化半導體材料是一類由無機半導體材料和有機配體通過化學鍵結合形成的從零維到三維的雜化結構。由于這類雜化材料結構中既有無機組分也有有機組分，因此其不僅具有原無機半導體材料所具有的光、電、磁等性能，也兼具了有機組分的柔性、可溶性和可調節(jié)性等。此外，通過無機組分和有機組分的融合這類半導體材料又會衍生出新的性能。在過去的幾十年里，多個雜化半導體材料體系被開發(fā)，其光電性能不斷的被發(fā)掘，已成為太陽能電池和節(jié)能照明領域的研究熱點（圖1）。其中很多材料有望發(fā)展成為商業(yè)化熒光材料的無稀土元素的替代品而應用于固態(tài)節(jié)能照明領域。

圖1.無機-有機雜化半導體材料及其在新能源領域應用示意圖

內容簡介：

1.綜述了近年來一些重要的無機-有機雜化熒光半導體材料的研究進展

無機-有機雜化半導體材料很早就有報道且種類結構復雜多樣?；谄錈o機組分的不同，可對其進行簡單直接的分類。本文主要介紹五類基于二元無機半導體的雜化材料，它們是基于（1）IB-VIA，（2）IIB-VIA，（3）IB-VIIA，（4）IVA-VIIA，and（5）VA-VIIA族半導體的雜化材料。這五大類中一些具有代表性的雜化材料在本文中被詳細介紹，并對其光物理性質進行了歸納總結，展示其在節(jié)能照明領域中的應用。

圖2.無機-有機雜化材料發(fā)展的重要里程。

2.討論了無機-有機雜化熒光半導體材料的結構設計策略和發(fā)光機理

本文總結了無機-有機雜化熒光半導體材料的設計合成策略，通過對傳統(tǒng)水熱、溶劑熱方法的改進，可實現這類材料的可控性合成和綠色合成。同時深入探討了無機-有機雜化半導體材料結構與發(fā)光性能之間的構效關系，討論了材料的優(yōu)化改性設計策略和發(fā)光機理。針對不同類型的雜化材料，總結多種對雜化材料進行優(yōu)化改性的方法和技術，以提高這類材料發(fā)光效能和穩(wěn)定性，延長器件的使用壽命。

3.無機-有機雜化熒光半導體材料研究展望

雖然雜化材料中部分成員表現出非常卓越的發(fā)光性能，但它們商業(yè)化熒光粉相比依舊存在著差距。設計和合成新一代照明材料仍然是一項非常重要但具有挑戰(zhàn)性的任務。一種理想的照明材料應該是由地球上儲量豐富且價格低廉的元素組成，接近100%的量子效率和極高的穩(wěn)定性。由于目前的白光熒光粉通常會發(fā)出“冷”白光，因此對高效的紅光材料的需求不斷增加。將理論研究與實驗研究結合起來，是設計開發(fā)高性能雜化熒光粉材料的重要手段。