鈣鈦礦發(fā)光材料有三維、低維之分，其中三維鈣鈦礦最有潛力實(shí)現(xiàn)高亮度下的高效率發(fā)光，對(duì)未來(lái)發(fā)光顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化意義重大。然而，三維鈣鈦礦LED外量子效率普遍停留在20%左右，整體性能提升遭遇瓶頸。

提升三維鈣鈦礦材料的熒光量子效率一直是世界性難題。王建浦表示，外量子效率由熒光量子效率和光提取效率共同決定。目前，器件光提取效率限制已被突破，熒光量子效率的提升卻未及預(yù)期。

“熒光量子效率是輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，為了提升熒光量子效率，需要抑制非輻射復(fù)合、提升輻射復(fù)合。以往研究中大多采取缺陷鈍化的方式來(lái)抑制非輻射復(fù)合，但即使三維鈣鈦礦薄膜缺陷密度已經(jīng)減少到單晶鈣鈦礦水平，熒光量子效率仍普遍停留在70%左右。”王建浦說(shuō)。

為解決這一難題，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了一種通過(guò)調(diào)控晶體生長(zhǎng)的方法，以生成輻射復(fù)合速率更快的鈣鈦礦晶相，從而使熒光量子效率得以顯著提高。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成功保持了三維鈣鈦礦的亞微米結(jié)構(gòu)，使得器件的光提取效率不受影響，達(dá)到了雙管齊下的效果。由此，這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了96%的熒光量子效率和大于30%的光提取效率，并進(jìn)一步制備出外量子效率32%的高效鈣鈦礦LED，再次創(chuàng)造了鈣鈦礦LED發(fā)光效率的世界紀(jì)錄。

“我們發(fā)現(xiàn)器件在高亮度下仍能保持高效率，即使在100毫安每平方厘米的大電流密度下，外量子效率仍能保持在30%。”朱琳介紹說(shuō)。

鈣鈦礦LED的發(fā)展，預(yù)示著其在高效綠色照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。黃維院士表示：“這一重大突破進(jìn)一步彰顯了基于鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的薄膜LED技術(shù)的巨大潛力，必將推動(dòng)基于鈣鈦礦LED的顯示技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐。”