近日，海外人才緩沖基地（先進材料研究院）黃維院士團隊與瑞典林雪平大學(xué)高峰博士、北京計算機科學(xué)研究中心劉利民博士進行合作，在鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）領(lǐng)域取得重大突破，實現(xiàn)了外量子效率達到21.6%的高效鈣鈦礦LED器件，再次刷新了世界紀錄。
鉛鹵化物鈣鈦礦是近些年來迅速發(fā)展起來的一類廉價且光電性能良好的半導(dǎo)體材料，并在發(fā)光二極管（LED）、光伏電池、激光、光電探測器等方面得到廣泛的研究。雖然溶液處理的鈣鈦礦材料在各個光電領(lǐng)域均已表現(xiàn)出不俗的性能，但其性能始終受制于缺陷介導(dǎo)的非輻射損耗。使用有機分子進行缺陷鈍化是一類很有前景的方案，然而由于缺乏對鈍化分子構(gòu)效關(guān)系的深刻理解，這一方案的實施效果始終不盡如人意。
針對這一科學(xué)難題，黃維院士團隊與瑞典林雪平大學(xué)高峰博士及北京計算機科學(xué)研究中心劉利民博士團隊共同提出了鈍化分子形成氫鍵與鈍化效應(yīng)的競爭機制，并通過理性分子設(shè)計，削弱氫鍵的限制作用，從而顯著改善了鈍化的效果并降低了鈣鈦礦薄膜中的非輻射損耗。通過這一發(fā)現(xiàn)，黃維課題組實現(xiàn)了外量子效率達到21.6%的高效鈣鈦礦LED器件，再次刷新了世界紀錄。此外，在高達200 mA cm-2的大電流密度下，其外量子效率依然能達到20.1%。這一發(fā)現(xiàn)為解決鈣鈦礦光電器件非輻射損耗的問題提出了新的思路，并有助于鈣鈦礦光伏電池、發(fā)光二極管、激光以及光電探測器性能進一步提升。
黃維院士指出，IAM團隊作為國際上鈣鈦礦發(fā)光領(lǐng)域的開拓者之一，致力于解決鈣鈦礦發(fā)光器件中存在的效率和穩(wěn)定性問題。繼開展“鈣鈦礦維度調(diào)控實現(xiàn)高效發(fā)光”“亞微米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效光提取”研究以來，此項研究成果再次實現(xiàn)了鈣鈦礦LED領(lǐng)域的重大突破。與目前市場上的OLED相比，所獲得的器件效率大體一致，甚至在高亮度條件下的各個性能參數(shù)甚至優(yōu)于OLED，從而展現(xiàn)出非常廣闊的應(yīng)用前景。
相關(guān)成果以“Rational molecular passivation for high-performance perovskite light-emitting diodes”為題發(fā)表在Nature Photonics（《自然·光子學(xué)》），DOI：10.1038/s41566-019-0390-x，黃維院士為該論文的共同通訊作者。
2014年以來，黃維院士領(lǐng)銜的創(chuàng)新團隊已相繼在Nature（《自然》）、Nature Materials（《自然·材料》）、Nature Nanotechnology（《自然·納米技術(shù)》）、Nature Photonics（《自然·光子學(xué)》）和Nature Communications（《自然·通訊》）等國際頂尖學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表一系列重要學(xué)術(shù)成果。（作者：海外人才緩沖基地（先進材料研究院）；審核：王建浦）
