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23日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校崔林松教授課題組與國外同行合作，實現(xiàn)了兼具高亮度、高效率和高穩(wěn)定性的近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管，器件的最大外量子效率高達(dá)23.8%，器件預(yù)期壽命可達(dá)5萬小時以上，器件性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，解決了該領(lǐng)域重要難題。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然》雜志。

崔林松教授(中)課題組成員合影。

崔林松介紹，“發(fā)光亮度、外量子效率和穩(wěn)定性是決定鈣鈦礦LED走向商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。然而，目前報道的大多數(shù)近紅外鈣鈦礦LED總是存在高亮度時效率太低、高效率下亮度太低的矛盾。如何在高亮度的同時保持高效率和高穩(wěn)定性是鈣鈦礦LED領(lǐng)域亟需解決的難題，也是制約其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。”

在此次研究中，研究團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)了一種多功能分子穩(wěn)定劑2-(4-甲砜基苯基)乙胺(MSPE)，用來精準(zhǔn)調(diào)控鈣鈦礦材料的光電性能、晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)性質(zhì)，大幅提升鈣鈦礦LED在高亮度下的效率和穩(wěn)定性。一方面，MSPE通過氫鍵和配位鍵與鈣鈦礦中的組分相互作用，大幅提升鈣鈦礦薄膜的發(fā)光效率和發(fā)光均一性;另一方面，MSPE分子間通過氫鍵誘導(dǎo)形成自組裝結(jié)構(gòu)，消除了傳輸層界面對鈣鈦礦材料發(fā)光的淬滅。

得益于MSPE對鈣鈦礦和傳輸層界面的協(xié)同鈍化效應(yīng)，研究人員實現(xiàn)了高亮度、高效率和高穩(wěn)定性的近紅外鈣鈦礦LED。器件峰值外量子效率高達(dá)23.8%，并且在1000毫安/平方厘米的電流密度下，器件的外量子效率仍能超過10%，表現(xiàn)了超高的效率穩(wěn)定性。器件預(yù)期壽命可達(dá)5萬小時以上，在當(dāng)前外量子效率超過20%的近紅外鈣鈦礦LED中輻射亮度和穩(wěn)定性都處于領(lǐng)先水平。

崔林松表示：“在高亮度下，實現(xiàn)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦LED是邁向商業(yè)化的關(guān)鍵一步，有望在未來進(jìn)一步實現(xiàn)鈣鈦礦電泵浦激光器中展示出巨大潛力。”

審稿人評價該項工作：“團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)了新穎的多功能分子穩(wěn)定劑，制備了有史以來綜合性能最優(yōu)近紅外鈣鈦礦LED，這些結(jié)果令人印象深刻，引起該領(lǐng)域研究人員的極大興趣?！?/p>

(中國科大供圖)

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