钙钛矿LED研究取得重大突破,实现外量子效率达到21.6%
近日,海外人才缓冲基地(先进材料研究院)黄维院士团队与瑞典林雪平大学高峰博士、北京计算机科学研究中心刘利民博士进行合作,在钙钛矿发光二极管(LED)领域取得重大突破,实现了外量子效率达到21.6%的高效钙钛矿LED器件,再次刷新了世界纪录。

铅卤化物钙钛矿是近些年来迅速发展起来的一类廉价且光电性能良好的半导体材料,并在发光二极管(LED)、光伏电池、激光、光电探测器等方面得到广泛的研究。虽然溶液处理的钙钛矿材料在各个光电领域均已表现出不俗的性能,但其性能始终受制于缺陷介导的非辐射损耗。使用有机分子进行缺陷钝化是一类很有前景的方案,然而由于缺乏对钝化分子构效关系的深刻理解,这一方案的实施效果始终不尽如人意。

针对这一科学难题,黄维院士团队与瑞典林雪平大学高峰博士及北京计算机科学研究中心刘利民博士团队共同提出了钝化分子形成氢键与钝化效应的竞争机制,并通过理性分子设计,削弱氢键的限制作用,从而显著改善了钝化的效果并降低了钙钛矿薄膜中的非辐射损耗。通过这一发现,黄维课题组实现了外量子效率达到21.6%的高效钙钛矿LED器件,再次刷新了世界纪录。此外,在高达200 mA cm-2的大电流密度下,其外量子效率依然能达到20.1%。这一发现为解决钙钛矿光电器件非辐射损耗的问题提出了新的思路,并有助于钙钛矿光伏电池、发光二极管、激光以及光电探测器性能进一步提升。

黄维院士指出,IAM团队作为国际上钙钛矿发光领域的开拓者之一,致力于解决钙钛矿发光器件中存在的效率和稳定性问题。继开展“钙钛矿维度调控实现高效发光”“亚微米结构实现高效光提取”研究以来,此项研究成果再次实现了钙钛矿LED领域的重大突破。与目前市场上的OLED相比,所获得的器件效率大体一致,甚至在高亮度条件下的各个性能参数甚至优于OLED,从而展现出非常广阔的应用前景。

相关成果以“Rational molecular passivation for high-performance perovskite light-emitting diodes”为题发表在Nature Photonics(《自然·光子学》),DOI:10.1038/s41566-019-0390-x,黄维院士为该论文的共同通讯作者。

2014年以来,黄维院士领衔的创新团队已相继在Nature(《自然》)、Nature Materials(《自然·材料》)、Nature Nanotechnology(《自然·纳米技术》)、Nature Photonics(《自然·光子学》)和Nature Communications(《自然·通讯》)等国际顶尖学术期刊上发表一系列重要学术成果。(作者:海外人才缓冲基地(先进材料研究院);审核:王建浦)

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