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中国高校团队攻破led领域世界难题光提取效率大幅提升让led更亮

2021-08-03 来源:陕西机械信息网

钙钛矿led相关研究原理图。(西工大供图)

记者11日从西北工业大学获悉,由该校常务副校长、中国科学院院士黄维与与南京工业大学先进材料研究院王建浦教授合作的团队,近日在钙钛矿发光二极管(led)领域再次取得重大突破。他们在世界上首次通过自发形成的具有亚微米尺度的离散型钙钛矿,使led的光提取效率得到大幅度提升,在同等能耗下,led变得更好更亮。这一最新科研成果在低成本、高亮度、大面积led领域展现出独特的应用潜力,具有广阔的市场前景以及巨大的市场价值。国际顶尖学术刊物nature(《自然》)10月11日刊发该研究相关成果。

据了解,led能够将电能转成光能,被称为第四代照明光源或绿色光源,因其效率高和寿命长,长期以来一直在全球显示与照明领域应用广泛。但是,目前平面结构的led,尤其是有机发光二极管(oled)的发光效率还比较低,原因在于除了约20%-30%的光子能通过折射离开器件外,其他光子都被限制在器件中,因此科学家们通常采用光提取技术来提高led的出光效率。光提取效率指的是led实际发出的光能与产生的光能之间的比值,由于led芯片折射率与空气折射率的巨大差别,使得光提取效率成为影响led性能提高的最关键因素之一,提高光提取效率有助于实现更好、更亮的led。然而该方法需要增加图案化光栅等特殊结构,并且成本高、制备工艺复杂,往往还会造成led发光光谱和出光方向的改变,从而影响发光效率。

针对这一世界性的重大科学难题,黄维院士以及王建浦教授所带领的团队,通过一种简单的低温溶液法,实现了由一层非连续、不规则分布的钙钛矿晶粒,以及嵌入在钙钛矿晶粒之间的低折射率有机绝缘层组成的发光层,进而大幅度地提高了led的光提取效率。王建浦教授表示,使用该方法制备的led器件外量子效率达到20.7%,在100macm-2的电流密度下能量转化效率达到12%。此外,通过与浙江大学田鹤教授、戴道锌教授团队之间的合作,他们发现该方法形成的非周期性结构可以将led光提取效率提高10个百分点。

黄维院士亦告诉记者,该团队作为国际上钙钛矿发光领域的开拓者之一,致力于解决钙钛矿发光器件中存在的效率和稳定性问题,继开展“钙钛矿维度调控实现高效发光”研究以来,此项研究成果再次实现了钙钛矿led发光领域的重大突破。与目前市场上的oled相比,所获得的器件效率大体一致,甚至在高亮度条件下的能量转化效率优于oled,从而展现出非常广阔的应用前景,也为进一步推进钙钛矿led的产业化发展提供了全新思路和途径。

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