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西北,南京工業(yè)大學鈣鈦礦LED領域取得重大突破
LED是新型顯示領域的關鍵核心技術，在高端制造業(yè)中具有重要地位，是新質生產(chǎn)力的典型代表。薄膜LED技術是一類可以把LED器件大面積制備于任意基底（包括柔性）的技術，也是目前主流手機顯示屏制造所普遍采納的先進技術。隨著全球新型顯示產(chǎn)業(yè)與應用領域不斷發(fā)展，科技界對更低成本、更高亮度、更優(yōu)光效的高性能薄膜LED研發(fā)愈加深入。
基于鈣鈦礦半導體材料的LED是一類新興的薄膜LED，具有加工工藝簡便、高亮度高效率等特性，近年來在光電器件研究領域備受矚目，成為全球新型發(fā)光與顯示技術競爭的焦點。
黃維院士和王建浦教授領導的創(chuàng)新團隊是國際上鈣鈦礦LED研究的開拓者與引領者。十年前，他們利用界面調控構建高效率器件，在國際上率先突破了鈣鈦礦LED外量子效率1%的瓶頸。
2016年，他們通過多量子阱鈣鈦礦實現(xiàn)高效發(fā)光，有效抑制非輻射復合，創(chuàng)下外量子效率突破10%的世界紀錄。2018年，他們利用溶液法自組裝形成亞微米結構，構建了易于出光耦合的新型器件，使得外量子效率邁過20%大關，再度刷新里程碑。
團隊研究成果在全球鈣鈦礦LED研究領域中形成重大影響，為海內外同行探索高效率鈣鈦礦LED提供了寶貴借鑒，團隊在鈣鈦礦LED領域發(fā)表的高水平研究成果在國際權威的科技數(shù)據(jù)庫——科睿唯安發(fā)布的“研究前沿”中位列全球首位。
鈣鈦礦發(fā)光材料有三維、低維之分，其中三維鈣鈦礦最有潛力實現(xiàn)高亮度下的高效率發(fā)光，對未來發(fā)光顯示技術實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化意義重大。然而，三維鈣鈦礦LED外量子效率普遍停留在20%左右，整體性能提升遭遇瓶頸。
“外量子效率由熒光量子效率和光提取效率共同決定，目前，器件光提取效率限制已被突破，熒光量子效率的提升卻未及預期。熒光量子效率是輻射復合與非輻射復合過程競爭的結果，也就是說，為了提升熒光量子效率，需要抑制非輻射復合、提升輻射復合。以往研究中大多采取缺陷鈍化的方式來抑制非輻射復合，但即使三維鈣鈦礦薄膜缺陷密度已經(jīng)減少到單晶鈣鈦礦水平，熒光量子效率仍普遍停留在70%左右。”王建浦教授介紹了領域內有關三維鈣鈦礦材料熒光量子效率提升的難題。
為解決這一世界性難題，該團隊另辟蹊徑，創(chuàng)造性地提出了一種通過調控晶體生長的方法，以生成輻射復合速率更快的鈣鈦礦晶相，從而顯著提高了熒光量子效率。
同時，團隊巧妙地運用這一創(chuàng)新性方法成功地保持了三維鈣鈦礦的亞微米結構，使得器件的光提取效率不受影響，達到了雙管齊下的效果。該研究由此實現(xiàn)了96%的熒光量子效率和大于30%的光提取效率，并進一步制備出外量子效率達到32%的高效鈣鈦礦LED，再次創(chuàng)造了鈣鈦礦LED發(fā)光效率的世界紀錄。
“我們同樣發(fā)現(xiàn)，器件在高亮度下仍能保持高效率，即使在100毫安每平方厘米的大電流密度下，外量子效率仍能保持在30%。”朱琳副教授介紹說。
談及鈣鈦礦LED的發(fā)展，黃維院士非常興奮地表示，這一重大突破進一步彰顯了基于鈣鈦礦半導體材料的薄膜LED技術的巨大潛力，必將推動基于鈣鈦礦LED的顯示技術的產(chǎn)業(yè)化步伐。同時，預示著其在高效綠色照明領域的廣泛應用前景。“此外，這項創(chuàng)新突破也是我們團隊在國家重點研發(fā)計劃、國家基礎科學中心等科研項目的長期支持下，聯(lián)合國內柔性電子領域多家優(yōu)勢單位，包括南京工業(yè)大學、福建師范大學（海峽創(chuàng)新實驗室）、復旦大學、浙江大學、中山大學、常州大學和澳門大學等單位共同攻關取得的，充分體現(xiàn)了學科交叉、協(xié)同創(chuàng)新的重要作用”黃維院士補充介紹說。
