近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院、中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點實驗室及合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心教授肖正國研究組，在制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦單晶LED領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究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86,000 cd/m²、壽命達(dá)12500 h的鈣鈦礦單晶LED，向鈣鈦礦LED應(yīng)用于人類照明邁出了重要一步。2月27日，相關(guān)研究成果以Highly bright and stable single-crystal perovskite light-emitting diodes為題，發(fā)表在Nature Photonics上。 

　　金屬鹵化物鈣鈦礦因發(fā)光波長可調(diào)、發(fā)光半峰寬窄、可低溫制備等特性成為新一代LED顯示與照明材料。目前，基于多晶薄膜的鈣鈦礦LED（PeLED）的外量子效率（EQE）已超過20%，可媲美商用有機(jī)LED（OLED）。近年來，多數(shù)報道的高效率鈣鈦礦LED器件的壽命在數(shù)百到數(shù)千小時不等，落后于OLED。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)合也限制器件亮度。

　　針對上述問題，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，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，進(jìn)而制備出高質(zhì)量的MA_0.8FA_0.2PbBr₃薄單晶【最小厚度僅為1.5 μm、表面粗糙程度小于0.6 nm、內(nèi)部熒光量子產(chǎn)率（PLQY_int）達(dá)到90%】。以薄單晶作為發(fā)光層制備的鈣鈦礦單晶LED器件的EQE達(dá)到11.2%、亮度超過86,000 cd/m²、壽命達(dá)12500 h，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。該工作展示了使用鈣鈦礦薄單晶作為發(fā)光層是解決穩(wěn)定性問題的可行方案，以及鈣鈦礦單晶LED在人類照明和顯示領(lǐng)域的廣闊前景。

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科大的支持。

　　論文鏈接 

空間限制法生長單晶示意圖（a）、單晶的顯微鏡圖（b）、鈣鈦礦單晶LED的器件結(jié)構(gòu)（c）、鈣鈦礦單晶LED性能表征（d-f）。