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高峰博士、北京計算機科學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效關系的深刻理解，這一方案的實施效果始終不盡如人意。
針對這一科學難題，黃維院士團隊與瑞典林雪平大學高峰博士及北京計算機科學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的競爭機制，并通過理性分子設計，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)出非常廣闊的應用前景。
相關成果以“Rational molecular passivation for high-performance perovskite light-emitting diodes”為題發(fā)表在Nature Photonics（《自然·光子學》），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》）、Nature Photonics（《自然·光子學》）和Nature Communications（《自然·通訊》）等國際頂尖學術期刊上發(fā)表一系列重要學術成果。（作者：海外人才緩沖基地（先進材料研究院）；審核：王建浦）
