鈣鈦礦基LED 100%發(fā)光率面臨商用問題

據(jù)英國劍橋大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該校科學(xué)家將鈣鈦礦層整合進(jìn)發(fā)光二極管（LED）內(nèi)，得到的產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)光效率接近創(chuàng)紀(jì)錄的100%，可與最好的有機(jī)LED（OLED）相媲美，未來有望應(yīng)用于顯示、照明、通信及下一代太陽能電池領(lǐng)域。

與廣泛用于高端消費電子產(chǎn)品的OLED相比，鈣鈦礦基LED制造成本更低，并且可發(fā)出具有高色純度的光。雖然科學(xué)家以前就已開發(fā)出鈣鈦礦基LED，但得到的產(chǎn)品將電轉(zhuǎn)化為光的效率不如傳統(tǒng)OLED。劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室理查德·弗里德教授的團(tuán)隊此前開發(fā)的混合鈣鈦礦基LED，其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)中的微小缺陷引起的鈣鈦礦層損失，就限制了它們的發(fā)光效率。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊通過新研究證明，讓鈣鈦礦與聚合物一起形成復(fù)合層，可實現(xiàn)更高的發(fā)光效率，接近薄膜OLED的理論效率極限。研究結(jié)果發(fā)表于最新一期的《自然·光子學(xué)》雜志。

該論文協(xié)作者之一的劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室的狄大衛(wèi)博士表示：“這種鈣鈦礦 - 聚合物結(jié)構(gòu)有效地消除了非發(fā)光性損失，這是第一次在基于鈣鈦礦的設(shè)備中實現(xiàn)這種性能。通過這種混合結(jié)構(gòu)，我們基本上可以防止電子和正電荷通過鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的缺陷重新結(jié)合。”

用于該LED器件的鈣鈦礦 - 聚合物共混物，被稱為體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，是由二維和三維鈣鈦礦成分和絕緣聚合物制成。當(dāng)超快激光照射在該類聚合物結(jié)構(gòu)上時，多對攜帶能量的電荷對以萬億分之一秒的速度從2-D區(qū)域移動到3-D區(qū)域：比LED中使用的早期層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)快得多。隨后，3-D區(qū)域中的分離電荷重新組合并發(fā)射出非常強(qiáng)烈的光。

雖然鈣鈦礦基LED在效率方面已開始與OLED競爭，但目前其穩(wěn)定性較差，暫時還無法用于消費電子產(chǎn)品中。當(dāng)鈣鈦礦基LED首次問世時，壽命僅幾秒鐘。新研究中的鈣鈦礦基LED的半衰期約為50小時，盡管已改善很多，但距離商業(yè)應(yīng)用所需的壽命要求還很遠(yuǎn)，要實現(xiàn)這一點，需要廣泛的工業(yè)發(fā)展計劃。狄大衛(wèi)說：“理解LED的退化機(jī)制是未來改進(jìn)的關(guān)鍵?！?/p>