黃維院士團隊最新Nature: 鈣鈦礦LED新突破！

平板顯示器和固態照明應用對更高效、更亮的薄膜發光二極管(LED)的需求日益增長，這推動了對三維鈣鈦礦(3D)的研究。這些材料表現出高電荷遷移率和低量子效率下降，有望實現具有增強亮度的高效LED。為了提高LED的效率，在促進輻射復合的同時盡量減少非輻射復合是至關重要的。各種鈍化策略已被用于降低三維鈣鈦礦薄膜的缺陷密度，以實現接近單晶的水平。然而，緩慢的輻射重組限制了3D鈣鈦礦的光致發光量子效率(PLQEs)低于80%，導致LED器件的外部量子效率(EQEs)低于25%。

近日，南京工業大學黃維院士、王建浦教授和朱琳教授團隊等人在Nature上發表了題為“Acceleration of radiative recombination for efficient perovskite LEDs”的文章，提出了一種雙添加劑結晶方法，可以形成高效的3D鈣鈦礦，實現了96%的PLQE。這種方法促進了以高激子結合能而聞名的四方相FAPbI3鈣鈦礦的形成，有效地加速了輻射復合，實現了具有創紀錄峰值EQE為32.0%的鈣鈦礦LED，即使在100 mA cm^?2的高電流密度下，效率仍然大于30.0%。這些發現為推進高效、高亮度鈣鈦礦LED的發展提供了有價值的見解。

圖1鈣鈦礦薄膜的制備工藝及表征? 2024 Springer Nature

圖2雙添加劑鈣鈦礦LED的器件結構與性能? 2024 Springer Nature

圖3鈣鈦礦薄膜的光學性能? 2024 Springer Nature

圖4鈣鈦礦薄膜的結構表征? 2024 Springer Nature

為了實現具有卓越亮度的高效LED，使用具有高PLQEs，最小的俄歇或激子猝滅，高電荷遷移率以及具有有利于高效光解耦結構的發光材料至關重要。現有的薄膜發光材料，包括有機半導體、量子點和低維鈣鈦礦，都不能同時滿足所有這些標準。在該項工作中，研究者們提出了一種直接的方法來解決這一挑戰，使用具有增加激子結合能的3D鈣鈦礦，這有助于加速輻射重組的速度。通過促進四方相FAPbI₃鈣鈦礦的形成，成功地在三維鈣鈦礦薄膜中實現了接近統一的PLQE。這使得能夠實現前所未有的32.0% EQE記錄的LED。該項工作在為突破鈣鈦礦LED的效率限制鋪平道路，并在下一代顯示和照明技術中發揮其全部功能方面具有至關重要的意義。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07460-7