近日，浙江大學(xué)溫州研究院院長(zhǎng)葉志鎮(zhèn)院士團(tuán)隊(duì)在紅光LED亮度和穩(wěn)定性上再次突破，解決了鈣鈦礦量子點(diǎn)導(dǎo)電與導(dǎo)熱差的難題，實(shí)現(xiàn)了40萬(wàn)尼特的最高亮度紀(jì)錄。研究成果以“Thermal management towards ultra-bright and stable perovskite nanocrystal-based pure red light-emitting diodes” 為題，8月3日發(fā)表在國(guó)際著名期刊Nature Communications上。

李紅金博士與朱曉芳博士研究生為共同第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、戴興良研究員為共同通訊作者。今年葉志鎮(zhèn)院士團(tuán)隊(duì)已連續(xù)發(fā)表5篇NATURE/SCIENCE子刊論文。

研發(fā)內(nèi)容

純紅光鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率已經(jīng)接近極限，但高性能的紅光LED仍存在一些挑戰(zhàn)，包括低飽和亮度、嚴(yán)重的EQE衰減和較差的工作穩(wěn)定性等。大多數(shù)純紅LED的最大亮度僅為幾千尼特，難以滿足高亮度顯示需求。

其中發(fā)光層的高電阻以及玻璃襯底的低導(dǎo)熱率導(dǎo)致的焦耳熱耗散不足被認(rèn)為是影響LED性能的關(guān)鍵因素之一。這是因?yàn)闊崃糠e聚會(huì)增加熱激活陷阱態(tài)并加速離子相關(guān)過(guò)程，導(dǎo)致鈣鈦礦發(fā)光層的熱降解或分解。器件中升高的溫度還可能進(jìn)一步破壞電荷注入平衡并影響LEDs中的載流子復(fù)合速率。

迄今為止，在純紅光LED中同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率、高亮度、改善的EQE滾降和光譜穩(wěn)定性仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了控制納米晶薄膜發(fā)光層的焦耳熱生成和增強(qiáng)器件散熱的協(xié)同策略。通過(guò)磷酸二苯酯對(duì)納米晶進(jìn)行表面調(diào)控，提升納米晶薄膜的光學(xué)性能和載流子傳輸性能，結(jié)合高導(dǎo)熱率的藍(lán)寶石襯底以及脈沖模式驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了近40萬(wàn)尼特的超高亮度LED，比報(bào)道的器件高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并在高電流密度(15 A cm?2)范圍內(nèi)保持出色的光譜穩(wěn)定性，達(dá)到與無(wú)機(jī)LED相近的結(jié)果。

該項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了熱管理策略在推進(jìn)高性能鈣鈦礦LED中的重要性，研究結(jié)果表明，增強(qiáng)納米晶的光電特性有助于減少焦耳熱的產(chǎn)生，有效的散熱器集成和充足的散熱有助于器件內(nèi)的有效熱管理，最終實(shí)現(xiàn)高性能器件。超高電流密度下鈣鈦礦量子點(diǎn)器件所展現(xiàn)的超高亮度和穩(wěn)定性給高功率鈣鈦礦基器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本業(yè)務(wù)費(fèi)、浙江省“尖兵”“領(lǐng)雁”項(xiàng)目、浙江大學(xué)溫州研究院科技專項(xiàng)、山西-浙大新材料與化工研究院等共同資助和支持。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50634-0

來(lái)源：浙江大學(xué)溫州研究院新材料國(guó)際科創(chuàng)中心