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钙钛矿基蓝光LED技术的发展

2021/1/22 10:10:02      材料来源:compoundsemiconductor

瑞典林雪平大学的研究人员开发出了基于卤化物钙钛矿的高效蓝光LED
 
瑞典林雪平大学的研究人员开发出了基于卤化物钙钛矿的高效蓝光LED。林雪平大学的教授Feng Gao说:“我们对这一突破感到非常兴奋。”新的LED可能会带来更廉价和节能的照明。
 
照明用电量约占全球总用电量的20%,如果所有光源都由发光二极管(LED)组成,则该数字可降低到5%。然而,目前使用的蓝白色LED制造方法复杂并且价格昂贵,全球转型更加困难。
 
用卤化物钙钛矿制造的LED可能是照明和LED显示器更便宜,更环保的替代品。钙钛矿是一类由其立方晶体结构定义的半导体材料。它们具有良好的发光性能,易于制造。使用卤素族元素,即氟,氯,溴和碘,可以赋予钙钛矿晶体化学成分的特性。
 
用于绿光和红光的LED早已用钙钛矿材料制造出来,但迄今为止还缺乏一种颜色——蓝光,使其无法实现白光。
 
林雪平大学物理,化学和生物系教授Feng Gao说:“蓝光是将发光钙钛矿应用于实践的关键。最近我们在此方向上有所突破。”
 
在Feng Gao的研究小组中,来自瑞典隆德市,英国,德国,中国和丹麦的同事们共同合作,成功制造出可以在451-490纳米波长范围内稳定发射的卤化钙钛矿——对应深蓝色至天蓝色。Max Karlsson是林雪平大学的博士研究生,也是发表在《自然通讯》上文章的联合第一作者。他说:
 
金属卤化物钙钛矿通过简单的合金化,可以轻松在整个可见光谱范围内进行调色。遗憾的是,它们表现出分层现象,在操作过程中蓝色LED变为绿色。我们发现可以通过控制薄膜的结晶动力学来防止这种颜色的转变。这些发现为研制稳定的钙钛矿合金奠定了基础,同时也适用于LED和太阳能电池。
 
在钙钛矿中产生蓝光的挑战在于,它需要含有大量氯化物的化学成分,这会使钙钛矿不稳定。
 
钙钛矿基蓝光LED以前是利用所谓的“量子限制技术”来制造的,使得低强度的LED的效率降低。但是,借助“蒸汽辅助结晶技术”可以产生具有所需氯化物量的稳定钙钛矿。此外,林雪平大学的研究人员已将钙钛矿基蓝光LED的能源效率提高了11%。
 
林雪平大学博士后Xu Weidong说,“我们已经证明,在不使用量子限制的情况下,基于卤化物钙钛矿的蓝色发光二极管可以在宽光谱范围内高效且稳定。我们成功创造了迄今为止最高效的钙钛矿基蓝光LED。”
 
钙钛矿科学是一个相对较新的研究领域,已经引起了国际上的广泛关注,因为它为开发廉价高效的材料提供了巨大可能。但是,Feng Gao指出他们所做的工作是基础研究,未来的应用还有很长的路要走。
 
Feng Gao说,“钙钛矿LEDs是一项年轻的技术,到真正应用于实践前还有很长的路要走。目前,钙钛矿发光二极管还无法与现有的技术竞争,例如基于有机和无机半导体的发光二极管等,主要障碍是蓝色LED的寿命短性能差。我们将继续努力使PeLEDs与其他技术具有可比性。”
 
参考文献
'Mixed Halide Perovskites for Spectrally Stable and High-Efficiency Blue Light-Emitting Diodes'?by Max Karlsson, et al; Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-020-20582-6
 
 
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