中國科學院院士、西北工業大學柔性電子國家基礎（前沿）科學中心首席科學家黃維，南京工業大學柔性電子（未來技術）學院王建浦教授、朱琳副教授團隊，在鈣鈦礦發光二極管（LED）研究領域取得重大突破：通過加快輻射復合速率，顯著提高熒光量子效率，使鈣鈦礦LED外量子效率突破30%，接近實現產業化水平。相關成果發表在國際學術期刊《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，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。

提升三維鈣鈦礦材料的熒光量子效率一直是世界性難題。王建浦表示，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，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。以往研究中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。”王建浦說。

為解決這一難題，該團隊創造性地提出了一種通過調控晶體生長的方法，以生成輻射復合速率更快的鈣鈦礦晶相，從而使熒光量子效率得以顯著提高。同時，團隊成功保持了三維鈣鈦礦的亞微米結構，使得器件的光提取效率不受影響，達到了雙管齊下的效果。由此，這項研究實現了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%。”朱琳介紹說。

鈣鈦礦LED的發展，預示著其在高效綠色照明領域的廣泛應用前景。黃維院士表示：“這一重大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，必將推動基于鈣鈦礦LED的顯示技術的產業化步伐。”

 信息來源：科技日報