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研究发现新型纳米颗粒技术，可提高LED光输出和寿命

提高LED性能一直都是科学家的一个研究课题。伦敦帝国学院（Imperial College London）的研究团队近期提出将纳米颗粒的可定制元网格（Meta-Grid）嵌入LED中的方法，可以提高LED的光输出和寿命。

图片来源：Debabrata Sikdar, John B. Pendry, and Alexei A. Kornyshev

研究员提出通过减少固定光子逃逸锥内芯片/封装材料界面处的菲涅耳反射损失（Fresnel Reflection Loss），来提高LED芯片内部产生的光在LED芯片/封装材料界面的传输，同时规定对制程产生最小的变化。

研究表明，峰值发射波长条件下，在典型的LED芯片/封装材料界面的光传输可增高达99%，而在正入射情况下则仅为84%。此方案能够提高整个LED发射光谱范围内光子逃逸锥里的光传输，这不仅可以降低能耗，还能通过减少芯片内部不必要反射产生的发热来提高LED的寿命。

研究员认为，此方案有望轻易使用并应用于现有的半导体设备技术中，还能够独立使用，或结合其他方法，用于减少LED临界角损失。

据悉，这项研究已于7月发表在《光：科学与应用》（Light Science & Application）期刊上。

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西安交大通过抑制离子迁移实现高效稳定全无机钙钛矿LED

如今，钙钛矿材料在光伏光电研究领域受到了广泛的关注和研究。随着绿光和近红外发光器件的外部量子效率超过20%，表明距离照明和显示器中的实际应用又迈进了一步。

然而，器件稳定性目前仍是限制发光二极管进一步发展的阻碍之一，电场作用下离子迁移对器件性能滚降的作用不可忽视。

器件中离子迁移途径分为两类：钙钛矿发射层和电荷传输中间层之间的离子交换以及离子通过它们的渗透，以及金属原子从电极扩散到甚至穿过电荷传输层的扩散。迁移会导致钙钛矿和中间层的缺陷形成和材料降解，以及电极腐蚀，致使器件性能迅速下降。

此外，全无机CsPbX3材料因其具有较高的光热稳定性，成为近年发光二极管中的明星材料。然而，其前驱材料自身溶解度较低，使得相应薄膜容易结晶质量低、缺陷密度高、形貌差，进而造成非辐射复合几率升高，大大降低器件效率。这些缺陷导致的相关稳定性问题也阻碍了无机钙钛矿发光二极管的稳定性发展。

针对以上钙钛矿发光二极管中所存在的离子迁移以及CsPbBr3薄膜成膜质量差的问题，西安交通大学吴朝新教授组研究了“insulator-perovskite-insulator”（IPI）全无机异质结器件结构，即双层LiF层包裹钙钛矿发光层形成类三明治结构，并结合无机半导体材料ZnS-ZnSe组合作为联级电子传输层取代以往的有机半导体传输材料，同时实现了有效的载流子传输性和离子迁移的抑制。

全无机异质结器件结构显着抑制了电场诱导下钙钛矿层的离子迁移，并阻碍了金属原子向发光层的扩散。另一方面，利用多元A位掺杂效应，通过引入碱金属离子制备出致密均匀的三元Cs/Rb/KPbBr3薄膜。此外，观察到在预退火过程中反溶剂氛围处理与薄膜的成膜性和光学特性密切相关，这进一步从一定程度上提高了薄膜荧光质量。

结果，优化后的三元钙钛矿发光二极管的器件效率为35.15 cd A-1（EQE 11.05 %）。同时，该器件在储存264小时后仍能保持原有EQE的90 %。在初始亮度为100 cd m-2的稳定性测试下，器件的T50寿命超过255小时。

工作提出的全无机异质结器件结构为实现高效稳定的钙钛矿发光二极管开辟了一条新的途径。

该项研究以“Suppressing Ion Migration Enables Stable Perovskite Light-Emitting Diodes with All-Inorganic Strategy”为题近期发表于国际期刊Advanced Functional Materials (2020)。

据介绍，吴朝新教授团队长期研究新型功能材料的“光-电”与“电-光”物理机制及其器件应用，如太阳能电池与发光二极管，近期有多项重要成果发表于国际顶级期刊。