由“神奇材料”鈣鈦礦制成的LED

由“神奇材料”鈣鈦礦制成的LED

　　鈣鈦礦的一種混合形式——它的同類型材料最近已經被發現，可以用來制備高效率的太陽能電池，未來有望取代硅，目前已經被用來制造低成本，易制造的發光二極管，為未來廣泛的商業應用開辟了道路，比如靈活的色彩顯示方面的應用。

　　在牛津大學Henry Snaith教授的團隊發現它們在將光轉換為電非常有效之后，在過去的幾年時間里，這種特定種類半導體的鈣鈦礦已經在太陽能領域引起了研究熱潮。在過去的短短兩年時間里，鈣鈦礦型太陽能電池已經達到了近20％的工作效率，而傳統的硅基太陽能電池需要20年才能達到這樣的水平。

　　現在，來自英國劍橋大學、牛津大學和慕尼黑路德維希 -馬克西米利安大學的研究人員已經證實了鈣鈦礦材料新的應用，也就是用它們來制造高亮度的LED。該研究結果發表在自然與納米技術雜志上。

　　鈣鈦礦是用來描述一組具有獨特長方體和鉆石形狀晶體結構材料的總稱。它們長久以來以超導性能和鐵電性引起了研究人員的濃厚興趣。但在過去幾年中，它們高效率將光能轉換成電能的特性開辟了廣泛的應用前景。

　　被用來制造LED的鈣鈦礦是被稱作有機金屬鹵化物的鈣鈦礦，這種鈣鈦礦還混有鉛、碳系離子和被稱為鹵化物的鹵離子。這些材料充分溶解在普通溶劑中，并且在干燥時聚集形成鈣鈦礦晶體，這使得它們廉價并且容易制造。

　　就讀于劍橋大學卡文迪許實驗室的博士研究生Zhi-Kuang Tan（該論文的第一作者）說：“這些有機金屬鹵化物鈣鈦礦是非常卓越的半導體，我們已經設計了二極管結構用來將電荷限制在一個非常薄的鈣鈦礦片層里，其設置為電子空穴捕獲產生光散射的過程提供了條件。”

　　這種鈣鈦礦LED是用一個簡單并且可擴展的方法制得，這種方法就是準備好鈣鈦礦溶液并且將之旋涂在基板上面。這種方法不需要高溫加熱或者高真空的條件，因此在大批量生產中很廉價。與此相反，傳統方法制造的LED在許多大面積的顯示應用方面成本過高。

　　曾經在劍橋領導過這個項目的Richard Friend 教授（目前在卡文迪許實驗室）說：“對于半導體界來說，更大的驚喜是不需要像傳統的半導體（比如硅半導體）需要經過復雜的純化處理，發現的簡單工藝方法仍然能獲得非常純正的的半導體特性。”

　　Tan說：“非常顯著的一點是這種材料能夠非常容易地調諧發射各種顏色的光，這使得它對于彩色顯示器，照明和光通信系統都非常有用。這項技術對不斷增長的平板顯示產業具有非常大的經濟價值。”

　　該團隊現在正在尋求提高LED的工作效率，并且將之應用于激光二極管，這項技術在一系列的科學、醫學和工業當中得到了應用，比如材料加工和醫療設備方面的應用。第一個基于鈣鈦礦的LED商業化應用有望在五年內實現。