中國科大制備出高效穩定的鈣鈦礦單晶LED

　近日，中國科學技術大學物理學院、中科院強耦合量子材料物理重點實驗室及合肥微尺度物質科學國家研究中心教授肖正國研究組，在制備高效穩定的鈣鈦礦單晶LED領域取得重要進展。該研究利用空間限制法生長出高質量、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12500 h的鈣鈦礦單晶LED，向鈣鈦礦LED應用于人類照明邁出了重要一步。2月27日，相關研究成果以Highly bright and stable single-crystal perovskite light-emitting diodes為題，發表在Nature Photonics上。 

　　金屬鹵化物鈣鈦礦因發光波長可調、發光半峰寬窄、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LED（OLED）。近年來，多數報道的高效率鈣鈦礦LED器件的壽命在數百到數千小時不等，落后于OLED。離子移動、載流子注入不平衡、運行過程產生的焦耳熱等因素均影響器件穩定性。此外，多晶鈣鈦礦器件中嚴重的俄歇復合也限制器件亮度。

　　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，通過調控生長條件，引入有機胺和聚合物，有效提升了晶體質量，進而制備出高質量的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、內部熒光量子產率（PLQY_int）達到90%】。以薄單晶作為發光層制備的鈣鈦礦單晶LED器件的EQE達到11.2%、亮度超過86,000 cd/m²、壽命達12500 h，初步達到商業化門檻，成為目前穩定性最好的鈣鈦礦LED器件之一。該工作展示了使用鈣鈦礦薄單晶作為發光層是解決穩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域的廣闊前景。

　　研究工作得到國家自然科學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的器件結構（c）、鈣鈦礦單晶LED性能表征（d-f）。