鈣鈦礦LED外量子效率突破30％大關

中國科學院院士黃維、南京工業大學副教授朱琳和常州大學教授王建浦團隊合作在鈣鈦礦發光二極管（LED）研究領域取得重大突破：利用加快輻射復合速率，顯著提高熒光量子效率，使鈣鈦礦LED外量子效率突破30%大關，接近實現產業化的水平。日前，相關研究成果發表在《自然》上。

鈣鈦礦發光材料有三維、低維之分，其中三維鈣鈦礦最有潛力實現高亮度下的高效率發光，對未來發光顯示技術實現產業化意義重大。然而，近年來三維鈣鈦礦LED外量子效率普遍停留在20%左右，整體性能提升遭遇瓶頸。

據王建浦介紹，外量子效率由熒光量子效率和光提取效率共同決定。目前，器件光提取效率限制已被突破，熒光量子效率的提升卻未及預期。熒光量子效率是輻射復合與非輻射復合過程競爭的結果，即為了提升熒光量子效率，需要抑制非輻射復合、提升輻射復合。在以往的研究中，研究人員大多采取缺陷鈍化的方式來抑制非輻射復合。但即使三維鈣鈦礦薄膜缺陷密度已經減少到單晶鈣鈦礦水平，熒光量子效率仍普遍停留在70%左右。

為解決這一難題，該團隊另辟蹊徑提出了一種通過調控晶體生長的方法，生成輻射復合速率更快的鈣鈦礦晶相，從而顯著提高了熒光量子效率。同時，團隊巧妙地運用這一創新性方法成功地保持了三維鈣鈦礦的亞微米結構，使器件的光提取效率不受影響，達到了雙管齊下的效果。該研究由此實現了96%的熒光量子效率和大于30%的光提取效率，并進一步制備出外量子效率達到32%的高效鈣鈦礦LED，再次創造了鈣鈦礦LED發光效率的世界紀錄。“我們同樣發現，器件在高亮度下仍能保持高效率，即使在100毫安每平方厘米的大電流密度下，外量子效率仍能保持在30%以上。”朱琳說。

談及鈣鈦礦LED的發展，黃維表示，這一重大創新突破進一步彰顯了基于鈣鈦礦半導體材料的薄膜LED技術的巨大潛力，將推動基于鈣鈦礦LED的顯示技術以及探測技術的產業化步伐。同時，預示著其在綠色照明、航空航天和健康醫療領域的廣泛應用前景。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07460-7