LED | 國(guó)外團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高效率鈣鈦礦LED，EQE達(dá)到23.4％

CINNO Research 產(chǎn)業(yè)資訊，最近，首爾國(guó)立大學(xué)（Tae-Woo Lee）和賓夕法尼亞大學(xué)（Andrew M Rappe）的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道開發(fā)了一種高效率鈣鈦礦LED（PeLEDs），其外量子效率（EQE）達(dá)到23.4％。該研究成果于1 月 4 日發(fā)表在《自然光子學(xué)》期刊上，文章的名稱為“高效率發(fā)光二極管用鈣鈦礦納米晶體的全面缺陷抑制”。

金屬鹵化物鈣鈦礦具有非常窄的發(fā)射光譜，出色的色純度，較低的材料成本以及很寬的顏色調(diào)整范圍?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，鈣鈦礦一直被認(rèn)為是一種非常有潛力的高色純度發(fā)光材料，可以替代顯示器和固態(tài)照明技術(shù)中常用的有機(jī)和無機(jī)量子點(diǎn)（QD）材料。

特別要提到的是，鈣鈦礦材料目前是唯一可以滿足 REC.2020 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)光材料。 自從 Tae-Woo Lee 團(tuán)隊(duì) 2015 年報(bào)告實(shí)現(xiàn) PeLED 8.53％的外量子效率（可與《科學(xué)》期刊報(bào)道的磷光 OLED 發(fā)光材料相媲美）以來，PeLED 的電致發(fā)光效率得到了顯著提高。 現(xiàn)在，Tae-Woo  Lee 團(tuán)隊(duì)已經(jīng)讓 PeLED 的 EQE 達(dá)到 23.4％，這是迄今為止 PeLED 的最高效率，它甚至遠(yuǎn)超過了 InP 基綠色 QD-LED 的最高 EQE（13.6％）。

可以看出，PeLED EQE 的這一提升比普通 QD-LED 快了很多，QD-LED 自首次報(bào)道到目前 20％ EQE 的實(shí)現(xiàn)花費(fèi)了 20 年的時(shí)間。這一點(diǎn)凸顯了鈣鈦礦發(fā)光材料在工業(yè)顯示器和固態(tài)照明技術(shù)中商業(yè)化的可能性。

 一般來說，鈣鈦礦材料在室溫下發(fā)光時(shí)存在嚴(yán)重問題。小的激子結(jié)合能會(huì)引起電荷載流子的直接離解，這會(huì)降低發(fā)光效率。為了克服這個(gè)固有的問題，研究人員一直都在致力于合成具有幾納米大小的膠體鈣鈦礦納米晶體。在這樣小的尺寸下，電荷載流子可以在空間上受到限制，另外還會(huì)具有很高的結(jié)合能。不過，由于鈣鈦礦納米晶體的尺寸小且伴隨著非常高的表面積 - 體積比，其表面缺陷較大。

此外，由于自來存在的動(dòng)態(tài)結(jié)合（Dynamic binding）性質(zhì)，其表面有機(jī)配體也很容易從納米晶體表面脫離，這也會(huì)在納米晶體表面引起許多缺陷。因此，鈣鈦礦材料的研發(fā)一直需要一種有效的缺陷鈍化策略。 為了解決這些問題，由 Tae-Woo Lee 領(lǐng)導(dǎo)的首爾國(guó)立大學(xué)研究小組提出了一項(xiàng)綜合策略。他們?cè)趥鹘y(tǒng)的甲酰胺基鈣鈦礦納米晶體中引入了胍基有機(jī)陽離子。該陽離子可以在控制上述鈣鈦礦納米晶體內(nèi)部和表面缺陷的同時(shí)，更有效地將電荷載流子限制在納米晶體內(nèi)部。 結(jié)果，該鈣鈦礦納米晶體在薄膜和溶液中均實(shí)現(xiàn)了很高的光致發(fā)光量子效率（PLQE> 90％）。此外，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步使用了鹵化物基缺陷鈍化劑——1,3,5- 三（溴甲基）-2,4,6- 三乙苯（TBTB）去除納米晶體表面的殘留缺陷。通過所有這些鈍化策略，研究團(tuán)隊(duì)最終向人們呈現(xiàn)了一種 EQE 達(dá) 23.4％，電流效率達(dá) 108cd/A 的 PeLED。 

安德魯·拉珀（Andrew M Rappe）領(lǐng)導(dǎo)的賓夕法尼亞大學(xué)合作研究小組通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算研究了上述策略詳細(xì)的缺陷抑制機(jī)制。該合作研究小組研究了胍鹽以很低濃度（?10％）摻入納米晶體的機(jī)理。此外，他們還研究了這種類型胍摻雜鈍化納米晶體內(nèi)部和表面缺陷的機(jī)制，以及鹵化物基 TBTB 材料鈍化表面殘留缺陷的原理。 Lee Tae-Woo Lee 表示：“我們已經(jīng)提出了一種鈍化鈣鈦礦納米晶體缺陷的綜合策略，它可以增加輻射發(fā)光幾率，實(shí)現(xiàn)高效的 PeLED。我們希望這些提高 PeLED 發(fā)光效率的工作有助于推動(dòng) PeLED 的商業(yè)化。”