一種增強藍(lán)色鈣鈦礦LED性能的新策略

中國科技大學(xué)崔林松教授的研究團(tuán)隊與劍橋大學(xué)塞繆爾·斯特蘭克斯教授的團(tuán)隊合作，設(shè)計了一種基于鈣鈦礦材料的提高藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）性能的新策略。他們的研究發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。

鈣鈦礦LED因其優(yōu)越的發(fā)光特性和成本效益，已成為照明和顯示領(lǐng)域有前景的下一代技術(shù)。雖然在綠色、紅色和近紅外鈣鈦礦LED方面取得了重大進(jìn)展，但藍(lán)色鈣鈦礦LED的發(fā)展卻滯后了，成為該領(lǐng)域的主要瓶頸。

圖片:81831AE292BF85B4EE060CF8AC1_7042AA70_10B776.png

藍(lán)光鈣鈦礦LED器件結(jié)構(gòu)與性能

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊設(shè)計了一種多功能離子添加劑，氯化雙(三苯基膦)亞胺(PPNCl)，具有多種帶電共振形式和動態(tài)電子態(tài)。這種化合物能夠精確控制鈣鈦礦相的組成和分布，有效地抑制非輻射復(fù)合通道和離子遷移，從而顯著提高藍(lán)色鈣鈦礦LED的效率和穩(wěn)定性。

PPNCl通過氫鍵與鈣鈦礦的組分相互作用，影響結(jié)晶過程，并有利于向具有增強發(fā)光效率的高維相轉(zhuǎn)變。

瞬態(tài)吸收光譜（TA）研究進(jìn)一步表明，PPNCl加速了從低維相到高維相的能量轉(zhuǎn)移過程，抑制了低維相中由于非輻射復(fù)合導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)移不完全和能量損失。

此外，PPNCl分子與鈣鈦礦組分配位并表現(xiàn)出靜電相互作用，有效地鈍化鈣鈦礦薄膜中的缺陷并抑制鹵素離子遷移，從而顯著提高了鈣鈦礦薄膜的發(fā)光效率和光譜穩(wěn)定性。

得益于PPNCl對鈣鈦礦相分布、缺陷態(tài)和離子遷移的有效控制，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的藍(lán)色鈣鈦礦LED。這些器件的峰值外部量子效率（EQE）為21.4%（發(fā)射峰在483nm），是迄今為止藍(lán)色鈣鈦礦LED達(dá)到的最高效率。此外，器件的穩(wěn)定性提高了近30倍。

這一創(chuàng)新成就為藍(lán)色鈣鈦礦LED性能的進(jìn)一步發(fā)展鋪平了道路，標(biāo)志著鈣鈦礦LED技術(shù)的顯著進(jìn)步。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01382-6