近日，浙江大學材料學院葉志鎮(zhèn)院士團隊在藍光發(fā)光二極管效率提升方面取得重要進展，研究成果以“Highly efficient blue light-emitting diodes based on mixed-halide perovskites with reduced chlorine defects"為題發(fā)表在國際著名期刊Science Advances (doi：10.1126/sciadv.ado5645)上。浙江大學為該論文第一單位，高贇博士與蔡秋婷博士為共同第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、戴興良研究員、狄大衛(wèi)教授為共同通訊作者。
鈣鈦礦混合鹵素藍光器件效率的發(fā)展情況可概括為“波長越藍，提升越難"，尤其是對于深藍和純藍波段的LED器件，僅采用常用的鈍化手段對效率提升并不顯著。器件性能不佳的主要原因有以下兩點：其一，鹵素原子最外層p軌道參與構(gòu)成鈣鈦礦能帶結(jié)構(gòu)，氯的引入加深了價帶頂，增加了空穴注入的勢壘；其二，氯引入帶來氯空位，形成深能級缺陷，增加了非輻射復(fù)合通道，降低了光學性能。因此在上述對鈣鈦礦中引入氯的兩點認識基礎(chǔ)之上，有必要進一步探究制約藍光器件效率的關(guān)鍵因素，以期突破效率瓶頸。
實現(xiàn)鈣鈦礦更短波長的藍光發(fā)射需要引入更多的氯原子，氯溴比不斷增加。例如，發(fā)光波長在470 nm的鈣鈦礦中氯溴比已經(jīng)達到約0.5，當波長繼續(xù)藍移至460 nm時氯溴比更是達到了約0.8。這一變化趨勢與藍光鈣鈦礦(PeLED)器件性能隨波長的變化趨勢有一定的相似性。也有文獻指出，即使是少量的氯引入也會對器件的穩(wěn)定性造成很大影響。因此，氯含量對鈣鈦礦藍光器件性能的影響值得系統(tǒng)研究。定性闡述氯含量與深能級缺陷及能帶結(jié)構(gòu)改變的關(guān)系、明晰這兩者對器件性能的影響將推動對鈣鈦礦藍光器件工作機制的進一步理解。
團隊以不同時間尺度下的光譜觀察了氯含量與氯缺陷及材料光學性能之間的變化與聯(lián)系，得出氯含量與納米晶薄膜中缺陷及熒光量子產(chǎn)率呈負相關(guān)的定性關(guān)系，并提出一條提升藍光LED器件性能的關(guān)鍵思路，即降低氯含量來抑制氯缺陷。通過A位銣補償策略，在保證CsPb(BrxCl1-x )3納米晶發(fā)光波長沒有偏移的情況下有效降低了氯含量，明顯抑制了缺陷，提升納米晶光學性能。
銣補償降低CsPb(BrxCl1-x )3納米晶中氯含量并提升光學性能
團隊基于含銣納米晶制備的鈣鈦礦藍光LED器件在顯示需要的波段下均實現(xiàn)了更高的器件效率，特別是480 nm的器件效率達到了26.4%，是截止目前鈣鈦礦藍光LED器件中的*高效率。
高效藍光LED器件
配置推薦
本文藍光PeLED的皮秒時間分辨光譜測試采用使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機搭配飛秒激光器測試得到。溫度相關(guān)熒光光譜測試使用卓立漢光公司的OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀完成。
ST-10條紋相機時間分辨率可達到5ps，可匹配多種焦長光譜儀，快速追蹤超快發(fā)光的動力學過程。OmniFluo900為模塊化搭建結(jié)構(gòu)，通過搭配不同的光源、檢測器和各類附件，為紫外/可見/近紅外發(fā)光測試提供綜合解決方案，也為鈣鈦礦發(fā)光器件、鈣鈦礦光伏器件及鈣鈦礦量子點的研發(fā)提供有利工具。
條紋相機超快時間分辨系統(tǒng) OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀
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