接近100％！鈣鈦礦基LED發光效率創紀錄

科學家將鈣鈦礦層整合進LED內。圖片來源：英國劍橋大學官網

據英國劍橋大學官網近日報道，該校科學家將鈣鈦礦層整合進發光二極管（LED）內，得到的產品內部發光效率接近創紀錄的100%，可與最好的有機LED（OLED）相媲美，未來有望應用于顯示、照明、通信及下一代太陽能電池領域。

與廣泛用于高端消費電子產品的OLED相比，鈣鈦礦基LED制造成本更低，并且可發出具有高色純度的光。雖然科學家以前就已開發出鈣鈦礦基LED，但得到的產品將電轉化為光的效率不如傳統OLED。劍橋大學卡文迪什實驗室理查德·弗里德教授的團隊此前開發的混合鈣鈦礦基LED，其內部晶體結構中的微小缺陷引起的鈣鈦礦層損失，就限制了它們的發光效率。

現在，該團隊通過新研究證明，讓鈣鈦礦與聚合物一起形成復合層，可實現更高的發光效率，接近薄膜OLED的理論效率極限。研究結果發表于最新一期的《自然·光子學》雜志。

LED器件內鈣鈦礦—聚合物復合層由二維、三維鈣鈦礦與絕緣聚合物制成。當超快激光照射在結構上時，攜帶能量的電荷在一萬億分之一秒內從二維區域移動到三維區域。然后，三維區域內“各自為政”的電荷有效地重新組合并發光。

論文通訊作者之一狄大衛（音譯）博士解釋說：“從二維區域到三維區域的能量遷移發生得非常快，且三維區域內的電荷與聚合物的缺陷相互隔離，這些機制可以防止缺陷‘搗亂’，從而防止能量損失。這是科學家首次在鈣鈦礦基產品上實現這一點。”

雖然鈣鈦礦基LED在效率方面已開始與OLED競爭，但目前其穩定性較差，暫時還無法用于消費電子產品中。當鈣鈦礦基LED首次問世時，壽命僅幾秒鐘。新研究中的鈣鈦礦基LED的半衰期約為50小時，盡管已改善很多，但距離商業應用所需的壽命要求還很遠，要實現這一點，需要廣泛的工業發展計劃。狄大衛說：“理解LED的退化機制是未來改進的關鍵。”