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深圳大学在钙钛矿蓝光LED领域取得新进展
近日，深圳大学物理与光电工程学院黄浦助理教授、贺廷超教授、李贵君助理教授联合团队在钙钛矿蓝光LED研究方面取得重要突破，相关成果以“Lattice strain modulation toward efficient blue perovskite light-emitting diodes”为题发表于Science旗下国际顶尖期刊《Science Advances》，深圳大学为第一单位，黄浦、贺廷超、李贵君为论文通讯作者，博士后研究员刘宝星为论文第一作者。研究成果进一步推动钙钛矿蓝光LED实现产业化应用。
据悉，该研究首次提出组合钙钛矿中的双极化跃迁通道增强蓝光跃迁的新思想，并通过应变工程实现破纪录的钙钛矿蓝光发射。研究不仅为钙钛矿蓝光LED的产业化应用迈出了重要一步，更为以实际应用为目标导向的材料设计和器件研究提供了一条标准范式。
蓝光是自然界中红/绿/蓝三基色不可缺少的组成部分，蓝光材料及其发光二极管（LEDs）在固态照明和平板显示领域发挥着至关重要的作用。近年来，具有高荧光量子产率和高饱和度的卤化物钙钛矿材料凭借其低成本、导电性良好等独特的优势，在固态照明与显示领域展现出广泛的应用前景，是下一代节能照明的理想之选。目前，绿光、红光和近红外钙钛矿LEDs的外量子效率（EQE）很高，均已突破了20%，并接近商用量子点和有机LEDs的器件性能。然而，作为白光照明和全彩显示的最后一块重要基石，钙钛矿蓝光LEDs在效率方面明显滞后。
2014年以来红/绿/蓝光钙钛矿LED发展趋势
针对该问题，研究团队首次提出组合钙钛矿中的双极化跃迁通道增强蓝光跃迁的物理思想。通常实现半导体高效的蓝光发射要求材料具有直接带隙，禁带宽度位于蓝光波段，且带边波函数宇称非禁阻。此外，导带和价带附近能态波函数由于对称性存在差异，因而对吸收/发射光子的偏振模式具有选择性，比如各向异性半导体。因此，基于材料的对称性特征合理利用带边电子/空穴跃迁的偏振选择性，对实现光电器件的偏振操纵和性能提升具有重要意义。
该研究从半导体发光的电子结构角度出发，到设计增强蓝光跃迁的物理模型，再到基于构效关系的理论+实验双重验证，最后实现器件研发和性能调控，为以实际应用为目标导向的材料设计和器件研究提供了一条标准范式。研究所提出的操控极化跃迁通道的物理模型和应变工程策略，不仅可以成功应用于钙钛矿蓝光器件的性能提升，更可以推广到光电、光伏、电子、能源催化等领域的多种材料体系，通过合理调控载流子的跃迁极化特征来实现相关器件的性能调制，或基于此构筑极化依赖的新原理器件原型。
理论+实验的标准研究范式，单极化向双极化跃迁通道转变的卡通形象
该研究工作得到《Science Advances》的高度评价，获得广东省自然科学基金，国家重点研发计划，深圳市孔雀团队、基础学科布局，粤港澳联合基金等项目的支持。
中国科大在钙钛矿LED及发光器件研究领域取得重要进展
近日，中国科学技术大学物理学院肖正国教授课题组与南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授课题组合作，在钙钛矿薄膜制备及发光器件研究中取得重要进展。
钙钛矿材料因其优异的光电特性在太阳能电池、LED、光电探测器等领域有重要的应用前景。钙钛矿薄膜的成膜质量和微观结构对光电器件的性能起着至关重要的作用。
该研究团队通过在钙钛矿表面形成的纳米结构，增加了光子在薄膜表面的散射，实现钙钛矿LED器件效率极限的突破。相关成果以“Overcoming the Outcoupling Limit of Perovskite Light-emitting Diodes with Artificially Formed Nanostructures”为题发表在《先进材料》上。
钙钛矿LED具有发光波长可调、发光半峰宽窄、易于制备等优点，钙钛矿LED的器件效率目前主要受限于光取出效率。因此，增加器件的光取出效率是一个非常重要的研究方向。
在有机LED以及量子点LED中，一般需要额外的光提取层来增加光子的取出，如使用复眼透镜阵列、仿生蛾眼纳米结构和低折射率耦合层等。然而，这些方法使得器件的制备过程更加复杂，增加了制造成本。
肖正国课题组报道了一种可以在钙钛矿薄膜表面自发形成纹理结构的方法，通过增加薄膜表面光子散射提高钙钛矿LED的光取出效率。
在薄膜制备过程中，通过控制反溶剂在薄膜表面的停留时间，可以控制钙钛矿的结晶过程，从而得到有纹理结构的表面。对于平均厚度为1.5 μm的薄膜，其表面粗糙度可以实现15.3 nm到241 nm的连续可控，雾度也相应地从6%增加到90%以上。
得益于薄膜表面的光子散射的增加，具有纹理结构的钙钛矿LED的光取出效率，从平面钙钛矿LED的11.7%增加到26.5%，对应的钙钛矿LED的器件效率也从10%显著提高到20.5%。
以上工作为钙钛矿光电器件提供了一种制备光提取纳米结构的新方法。具有微纳结构的钙钛矿薄膜类似于晶硅太阳能电池中的绒面形貌，有望提升钙钛矿太阳能电池的光吸收效率和性能。
图示：不同钙钛矿薄膜表面光子取出的示意图（a）。不同反溶剂制备的钙钛矿LED的光取出效率（b）以及器件效率（c）。
中国科学技术大学物理学院肖正国教授与南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授为该论文的共同通讯作者。物理学院博士后陈文静、硕士生陈甲、黄总铭以及南京工业大学博士生顾良慧为该论文的第一作者。
本项研究得到国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费专项资金、以及合肥综合性国家科学中心能源研究院的资助。
来源：中国科学技术大学、光行天下、深圳大学
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