《研究发现钙钛矿器件最高效发光性能》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-05-15
  • 对科学家而言,制备同时具有高性能光发射与光响应的钙钛矿二极管器件是一个挑战。针对这一科学难题,近日,中国科学院院士、西北工业大学柔性电子研究院首席科学家黄维等人与其他高校合作,发现一种新型的双功能钙钛矿器件,其同时具备了迄今为止钙钛矿领域最高效的发光性能(发光外量子效率21%)与最灵敏的光检测性能 (检测限达到皮瓦级以下)。相关论文已发表于《自然—电子学》。

    该器件可以通过调节偏压,实现两种功能的自由切换。此外,无论是作为发光还是光检测,该器件的响应速度都达到了兆赫兹(MHz)级别。基于这一兼具高性能与高响应速度的二极管器件,研究小组通过两个相同的器件实现了双向的信号传输功能,并验证了它们在实时脉搏监测上的应用。

相关报告
  • 《我国钙钛矿LED发光引领世界》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-10-11
    • 由西北工业大学柔性电子研究院首席科学家、中国科学院院士黄维教授与南京工业大学先进材料研究院常务副院长王建浦教授所带领的团队利用低温溶液法,近日在钙钛矿发光层设计上提出了新思路,将近红外钙钛矿LED外量子效率提高到20.7%,再次刷新了世界纪录,其相关研究成果于10月11日发表在Nature(《自然》)杂志上。 LED是一种能够将电能转化成光能的半导体电子元件,具有节能、环保、安全和高亮度等特点,在日常生活和生产中得到了广泛应用。近年来兴起的钙钛矿发光二极管兼具无机LED和有机发光二极管(OLED)的优势,在低能耗、高亮度、大尺寸显示与照明领域具有广阔的应用前景。2016年该科研团队即提出钙钛矿维度调控创造钙钛矿发光二极管(LED)效率记录。 对于许多长期从事钙钛矿LED研究的科学家们来说,唯有平整、覆盖率高、无明显孔洞的钙钛矿薄膜才是实现高效率器件的基础。该科研团队此次在《自然》杂志上发表的题为“基于自发形成亚微米结构的钙钛矿发光二极管”的研究论文不仅打破这一观点,还报道了当前世界上最高的钙钛矿LED外量子效率。王建浦教授说,他们发现当钙钛矿晶粒像一个个麻将牌,互不相连且不规则地分布在衬底表面时,可以获得外量子效率达到20.7%的近红外钙钛矿发光二极管,与国际同行获得的13%外量子效率相比,提高了将近8个百分点,器件辐照度达到390 W sr-1 m-2,并且在100 mA cm-2的电流密度下持续工作20个小时后效率才降低一半,性能远超目前热门的相近发光波段的OLED。 据黄维院士介绍,该团队还与与浙江大学田鹤教授、戴道锌教授团队合作,发现这种钙钛矿发光层是由分散的钙钛矿晶粒和嵌入在晶粒之间的低折射率有机绝缘层组成的,并且这种结构可以进一步使器件顶电极形成高低起伏的褶皱结构,从而有效提升器件的出光效率。这一成果对钙钛矿LED的发展与应用具有重要的理论意义和实践意义,为进一步推进钙钛矿LED的产业化发展提供了全新思路和途径。”
  • 《武汉大学《Nature》子刊:实现24.1%高效钙钛矿近红外发光LED!》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-12-19
    • 近红外发光和探测器件在夜视、医疗、通讯等方面有众多应用,甲脒铅基卤化物钙钛矿被认为是最有前途的近红外发光二极管器件之一,但它们的性能仍然受到缺陷导致的非辐射复合和器件中带阶势垒引起的低效载流子输运的影响。因此,深入理解器件中的载流子输运机制并针对性地缩小带阶对提升器件的性能显得至关重要。 近日,武汉大学物理科学与技术学院教授方国家、柯维俊和南京工业大学教授王建浦,联合在Nature Communications(《自然•通讯》)发表题为“Synergistic passivation and stepped-dimensional perovskite analogs enable high-efficiency near-infrared light-emitting diodes”(协同钝化和梯度维度钙钛矿类材料实现高效近红外发光二极管)的文章。 该研究团队在FAPbI3前驱液中引入了一系列镉盐,特别以醋酸镉为代表的添加剂,能够起到协同钝化材料的缺陷并优化器件能带结构等作用。此外,镉盐还生成了一种新型零维晶体结构的类钙钛矿材料(FA2CdI4)。该晶体结构数据信息被剑桥晶体数据中心收录发表。这种新型零维的FA2CdI4类钙钛矿和一维黄色相的δ-FAPbI3、二维FA2FAn-1PbnI3n+1以及三维黑色相α-FAPbI3的钙钛矿可以在一锅合成中获得,其梯度排列的能带结构可以像能量漏斗一样高效地传递载流子,对能量转移中起着非常关键和积极的作用。因此,基于FAPbI3的近红外LED器件获得了同类器件中创世界纪录的24.1%的外量子效率,还大大提高了器件的工作稳定性。此外,该器件还具有很好的探测性能,基于此还实现了发光和自驱动探测孪生器件的近红外光通信。 图a 器件结构;b 醋酸镉协同钝化钙钛矿缺陷/过量甲脒生成包含零维、一维、二维和三维体系的梯度维度的钙钛矿及其类似物; c 梯度维度钙钛矿及其类似物的加速能量传输示意图; d参比器件和包含不同添加剂的器件的发光性能曲线;e 孪生器件的发光与探测集成化示意图;f器件实现自驱动探测的响应曲线 这项工作不仅揭示了甲脒铅基卤化物钙钛矿体系中多维度钙钛矿的存在,而且发现了一种镉基新型零维类钙钛矿材料,为解析铅卤钙钛矿发光器件的能量传输机制和研制高效发光器件及其功能化集成应用奠定了基础。