突破45%！我国科研团队刷新钙钛矿发光二极管世界纪录
南京工业大学科研团队的一项创新研究，让钙钛矿发光二极管的效率极限再次被突破。
近日，南京工业大学柔性电子全国重点实验室的黄维院士、王建浦教授和王娜娜教授团队在钙钛矿发光二极管（LED）领域取得重大突破。
研究团队通过创新性地提出“层间光子循环”策略，成功将叠层钙钛矿LED的外量子效率提升至45.5%，远超过此前该领域不足10%的效率水平。
这一突破性进展于11月11日发表在国际顶级学术期刊《自然》上，为开发高性能钙钛矿LED开辟了全新途径。
01 突破效率瓶颈
发光二极管技术能够直接将电能转化为光能，在照明与显示等领域应用广泛。
随着市场对高品质显示和照明需求的不断提升，开发兼具高亮度、低成本及柔性化特征的新型LED技术已成为全球科技前沿的研究热点。
钙钛矿LED因具有可溶液加工、色纯度高、制备成本低等优势备受关注。
其当前发光效率已逐步接近商业化有机LED水平，且在亮度和色纯度方面更有优势。
然而，叠层钙钛矿LED的外量子效率长期未突破10%，成为钙钛矿LED产业化进程中的一处瓶颈。
成熟的有机LED普遍采用叠层器件结构，通过串联多个发光单元，在提高亮度的同时延长器件寿命。
但在钙钛矿LED领域，叠层结构的发展一直面临严峻挑战。
02 “层间光子循环”策略
面对这一世界性难题，研究团队历经多年攻关，创新提出了“层间光子循环”策略。
“叠层不是简单的‘1+1=2’，其核心难点在于连接层要同时实现高效的载流子注入与光子透射，并在溶液逐层旋涂的过程中，保证每一层钙钛矿薄膜的质量。”王建浦教授解释道。
团队设计出特殊的TCTA/MoOx/HATCN/SnO2连接层结构。
该连接层既实现了高效电荷注入与平衡，又像“防护盾”一样保护了底层钙钛矿发光层，解决了叠层制备中的结构破坏问题。
更为重要的是，团队通过调控钙钛矿发光层的微纳结构，让一层钙钛矿层产生的光子可以被另一个钙钛矿层重新吸收并再次发射。
这种层间辐射耦合导致的光子循环效应能将原本处于波导损耗模式的光充分利用，显著提升光提取效率。
03 实现“1+1>2”的效果
在实验中，团队制备了由发光峰742纳米的底层和802纳米的顶层钙钛矿组成的叠层器件。
实验结果显示，底层发射的高能光子被顶层吸收后重新发射，使顶层发光效率高于单结器件。
瞬态荧光光谱分析也证实，顶层材料能吸收底层的长寿命光子并产生额外辐射复合。
三维时域有限差分法模拟表明，这种循环效应可有效减少波导损耗和寄生损耗，实现“1+1>2”的效率突破。
该器件不仅外量子效率高达45.5%，在100毫安/平方厘米的高电流密度下仍保持34.5% 的高效率，还具备高亮度与长工作寿命优势。
其发光性能显著超越单结器件的理论叠加极限。
04 产业化前景可期
黄维院士表示，尽管团队制备的叠层钙钛矿LED尚处于实验室阶段，但器件效率已达商业化水平。
团队将尝试放大实验室成果，稳步推进钙钛矿LED产业化。
“这一成果是团队多年积累的结晶。”黄维院士介绍，自2012年团队率先开展相关研究以来，先后在室温钙钛矿LED制备、多量子阱结构设计等方面取得系列突破。
此次突破标志着钙钛矿LED向产业化迈出重要一步。
该研究得到国家重点研发计划、国家基础科学中心、国家杰出青年科学基金和江苏省攀登项目等长期支持。
南京工业大学为论文第一作者和通讯作者单位。
这一突破性进展不仅刷新了钙钛矿发光二极管的外量子效率世界纪录，更在科学原理上创新性地提出了“层间光子循环”策略。
《自然》审稿人评价，此次提出的层间光子循环，为今后提升钙钛矿LED效率开辟了一个重要方向。
随着实验室成果的不断放大和产业化进程的稳步推进，未来，钙钛矿LED技术有望重塑显示与照明产业格局。
|
|
|周边二手车|标签|新闻魔笔科技XinWen.MoBi - 海量语音新闻!
( 粤ICP备2024355322号-1|
粤公网安备44090202001230号 )
