近日，浙江大學溫州研究院院長葉志鎮(zhèn)院士團隊在紅光LED亮度和穩(wěn)定性上再次突破，解決了鈣鈦礦量子點導電與導熱差的難題，實現(xiàn)了40萬尼特的最高亮度紀錄。研究成果以“Thermal management towards ultra-bright and stable perovskite nanocrystal-based pure red light-emitting diodes” 為題，8月3日發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications上。

李紅金博士與朱曉芳博士研究生為共同第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、戴興良研究員為共同通訊作者。今年葉志鎮(zhèn)院士團隊已連續(xù)發(fā)表5篇NATURE/SCIENCE子刊論文。

研發(fā)內(nèi)容

純紅光鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率已經(jīng)接近極限，但高性能的紅光LED仍存在一些挑戰(zhàn)，包括低飽和亮度、嚴重的EQE衰減和較差的工作穩(wěn)定性等。大多數(shù)純紅LED的最大亮度僅為幾千尼特，難以滿足高亮度顯示需求。

其中發(fā)光層的高電阻以及玻璃襯底的低導熱率導致的焦耳熱耗散不足被認為是影響LED性能的關(guān)鍵因素之一。這是因為熱量積聚會增加熱激活陷阱態(tài)并加速離子相關(guān)過程，導致鈣鈦礦發(fā)光層的熱降解或分解。器件中升高的溫度還可能進一步破壞電荷注入平衡并影響LEDs中的載流子復合速率。

迄今為止，在純紅光LED中同時實現(xiàn)高效率、高亮度、改善的EQE滾降和光譜穩(wěn)定性仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。

研究團隊開發(fā)了控制納米晶薄膜發(fā)光層的焦耳熱生成和增強器件散熱的協(xié)同策略。通過磷酸二苯酯對納米晶進行表面調(diào)控，提升納米晶薄膜的光學性能和載流子傳輸性能，結(jié)合高導熱率的藍寶石襯底以及脈沖模式驅(qū)動，實現(xiàn)了近40萬尼特的超高亮度LED，比報道的器件高出兩個數(shù)量級，并在高電流密度(15 A cm?2)范圍內(nèi)保持出色的光譜穩(wěn)定性，達到與無機LED相近的結(jié)果。

該項研究強調(diào)了熱管理策略在推進高性能鈣鈦礦LED中的重要性，研究結(jié)果表明，增強納米晶的光電特性有助于減少焦耳熱的產(chǎn)生，有效的散熱器集成和充足的散熱有助于器件內(nèi)的有效熱管理，最終實現(xiàn)高性能器件。超高電流密度下鈣鈦礦量子點器件所展現(xiàn)的超高亮度和穩(wěn)定性給高功率鈣鈦礦基器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中央高校基本業(yè)務費、浙江省“尖兵”“領(lǐng)雁”項目、浙江大學溫州研究院科技專項、山西-浙大新材料與化工研究院等共同資助和支持。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50634-0

來源：浙江大學溫州研究院新材料國際科創(chuàng)中心