日前，柔性電子全國重點實驗室黃維院士、王建浦教授和王娜娜教授團隊在鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）領(lǐng)域取得重大進展。研究團隊成功構(gòu)建了全鈣鈦礦疊層LED器件，并創(chuàng)新性地提出利用層間光子循環(huán)效應來提升鈣鈦礦LED的光提取效率，使得疊層鈣鈦礦LED的外量子效率突破45%，再次刷新該領(lǐng)域世界紀錄。無疑，這一突破為開發(fā)高性能鈣鈦礦LED開辟了全新的途徑。11月11日，相關(guān)研究成果以“High Performance Tandem Perovskite LEDs through Interlayer Photon Recycling”為題，發(fā)表于國際頂尖學術(shù)期刊《自然》（Nature）。南京工業(yè)大學為論文第一作者和通訊作者單位。
發(fā)光二極管技術(shù)能夠直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，近年來在照明與顯示等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應用前景。隨著市場對高品質(zhì)顯示和照明需求的不斷提升，開發(fā)兼具高亮度、低成本及柔性化特征的新型LED技術(shù)已成為世界科技前沿的研究熱點。鈣鈦礦LED因其兼具可溶液加工、色純度高、制備成本低等優(yōu)勢備受關(guān)注，其性能已逐步接近商業(yè)化有機LED水平。目前，商業(yè)化有機LED顯示屏幕普遍采用疊層器件結(jié)構(gòu)，通過串聯(lián)多個發(fā)光單元，在相同電流密度下實現(xiàn)亮度疊加，已成為提升LED亮度與使用壽命的關(guān)鍵路徑。然而，當前疊層鈣鈦礦LED的外量子效率仍不足10%，甚至遠低于單結(jié)器件，嚴重制約其商業(yè)化進程。
針對這一世界性難題，團隊通過優(yōu)化連接層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了疊層器件中高效的電荷注入與平衡。更為重要的是，通過調(diào)控鈣鈦礦發(fā)光層的微納結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地提出利用疊層器件中獨特的層間光子循環(huán)效應的策略，即一個發(fā)光單元產(chǎn)生的光子可被另一鈣鈦礦層重新吸收并再次發(fā)射，從而突破了傳統(tǒng)光提取效率的限制。該策略使疊層鈣鈦礦LED器件效率超越了單結(jié)器件效率的簡單疊加，實現(xiàn)了“1+1>2”的效果，所制備的LED器件外量子效率達到45.5%，在100 mA cm-2電流密度下仍保持34.5%的高效率，再次創(chuàng)造了鈣鈦礦LED發(fā)光效率的世界紀錄。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家基礎(chǔ)科學中心、國家杰出青年科學基金和江蘇省攀登項目等科研項目的長期支持。
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