中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院教授肖正國研究組利用空間限制法生長出高質(zhì)量、大面積、超薄的鈣鈦礦單晶，并首次制備出亮度超過86000坎德拉/平方米、壽命高達(dá)12500小時的鈣鈦礦單晶發(fā)光二極管（LED），向鈣鈦礦LED應(yīng)用于人類照明邁出了重要一步。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。
目前，基于多晶薄膜的鈣鈦礦LED的外量子效率已經(jīng)超過20%，可以媲美商用有機(jī)LED。近年來，報道的絕大多數(shù)高效率鈣鈦礦LED器件的壽命在數(shù)百到數(shù)千小時不等，仍落后于有機(jī)LED。
離子移動、載流子注入不平衡、運(yùn)行過程產(chǎn)生的焦耳熱等因素均會影響器件穩(wěn)定性。此外，多晶鈣鈦礦器件中嚴(yán)重的俄歇復(fù)合也限制了器件的亮度。
針對這些難題，肖正國課題組利用空間限制法在襯底上原位生長鈣鈦礦單晶，再通過調(diào)控生長條件，引入有機(jī)胺和聚合物，有效提升了晶體質(zhì)量，從而制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄單晶，最小厚度僅為1.5微米，表面粗糙程度小于0.6納米，內(nèi)部熒光量子產(chǎn)率達(dá)到90%。以薄單晶作為發(fā)光層，研究人員制備出鈣鈦礦單晶LED器件，其外量子效率達(dá)到11.2%，亮度超過86000坎德拉/平方米，壽命高達(dá)12500小時。
這意味著鈣鈦礦單晶LED初步達(dá)到商業(yè)化門檻，成為目前穩(wěn)定性最好的鈣鈦礦LED器件之一。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-023-01167-3
