LED领域重大突破Nature发表黄维院士王建浦团队成果制粒机
2023-06-05 19:24:06 汉堡机械网
近日，由西北工业大学柔性电子研究院、柔性电子材料与器件工业和信息化部重点实验室的黄维院士与来自南京工业大学海外人才缓冲基地（先进材料研究院）的王建浦教授带领的IFE和IAM团队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，在低成本、高亮度、大面积LED领域展现出独特的应用潜力，相关成果于10月11日发表在国际顶尖学术刊物——Nature（《自然》）上。
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，在显示与照明领域应用广泛，具有广阔的市场前景以及巨大的市场价值。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，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和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。据南工IAM团队学术带头人、该研究主要负责人、南工先进材料研究院常务副院长王建浦教授介绍，使用该方法制备的LED器件外量子效率达到20.7%，在100 mA cm-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。
图1 钙钛矿LED的制备与亚微米结构表征
黄维院士告诉记者，IFE与IAM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。
图2 钙钛矿LED的光电特性
相关研究工作以“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”为题于Nature杂志在线发表，黄维院士为该论文的共同通讯作者。以上研究工作得到国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委员会杰出青年科学基金项目等资助。
时隔一个多月，该团队再次在Nature发表原创性成果。2014年以来，黄维院士领衔的创新团队已相继在《自然》（Nature）《自然。材料》（Nature.Materials）《自然。纳米技术》（Nature Nanotechnology）《自然。光子学》（Nature Photonics）和《自然。通讯》（Nature Communications）等国际顶尖学术期刊上发表一系列重要学术成果。