金屬鹵化物鈣鈦礦**發光二極管材料

金屬鹵化物鈣鈦礦半導體既在光伏器件研究中獲得巨大進展，又在發光應用中體現出明顯優勢。金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的熒光轉化效率高、發光峰形窄、發射光譜可調控并可覆蓋整個可見光范圍，從而使得該類材料所制備的發光二極管有望滿足下一代顯示技術應用的性能要求。

在簡要敘述發光二極管基本原理的基礎上，分別介紹了鈣鈦礦材料的結構和熒光特性、鈣鈦礦發光二極管的電致發光特性，以及鈣鈦礦發光二極管進入實際應用所必須解決的器件壽命、離子遷移和光譜不穩定性等主要技術問題，討論了鈣鈦礦發光技術所面臨的機遇和挑戰。

發光二極管器件基本原理

其核心結構是電致發光半導體活性層，當器件工作時，電子與空穴由發光層兩側注入，隨后被限制在發光層中形成激子并復合，從而產生輻射。LED發射的光子能量取決于發光層材料的光學帶隙。衡量LED發光性能優劣程度的主要參數包括量子效率、電流效率，以及功率效率。內量子效率表示產生的總光子數占總注入載流子數的百分比，外量子效率表示從發射面射出的總光子數占總注入載流子數的百分比。

圖1 **的LED器件結構

電流效率指的是器件運行時，單位發光面積上的亮度與電流密度的比值，單位為cd/A。公式定義：

其中ηEL代表電流效率，L表示單位面積的發光亮度，J表示通過器件的電流密度。

功率效率又稱為能量效率，是指輸出的光功率與輸入的電功率之比，是衡量器件功耗的重要指標，單位為lm/W。公式定義：

其中ηP 表示功率效率，LP 表示器件的輻照能量，V 表示器件驅動該亮度所加電壓，I 表示對應的電流。

LED器件的發光顏色可以用色度坐標表示。目前國際上通用的色度坐標是1931年國際照明委員會(Commission International deI′Eclairage，CIE)制定的標準，以(CIEx，CIEy，CIEz)表示，其中，CIEx，CIEy，CIEz均為正數，且三者之和為1。圖2是常見的、具有馬蹄形狀的二維顏色坐標(CIEx，CIEy)。該馬蹄形邊沿是飽和的單色波長。馬蹄形可以分成不同的顏色區域，其中心點坐標E(0.33，0.33)是標準白色，中央部分圍成的區域是白光區域。橫跨白光區域的黑線是黑體色溫軌跡線，這條曲線代表了黑體隨溫度變化的顏色軌跡。色溫的變化范圍為1000 K到無窮大。

圖2 CIE (x, y ) 1931色度坐標圖

LED器件的工作壽命通常定義為在恒定電流驅動下，器件的亮度衰減到初始亮度的一半時所需的時間。在實際研究過程中，為了縮短LED器件壽命的測試時間，壽命測試通常會采用高溫高亮的方式加速器件老化。在恒定電流密度驅動下，器件亮度的衰減曲線通常符合下述公式：

其中，L0和Lt 分別為初始亮度和經過t時間后的亮度，τ，β是與材料和器件結構相關的常數，可根據實驗結果擬合得到。一般來講，器件初始亮度越大，器件的穩定性越差，并且有下述的經驗關系：

其中，C，n都是常數，n一般在1.5到2.0之間取值。

金屬鹵化物鈣鈦礦發光二極管

金屬鹵化物鈣鈦礦的LED于20世紀90年代被提出[19]，但是當時的電致發光只能在低溫下實現，不利于器件的廣泛研究和實際應用。室溫電致發光PeLED開發于2014年，利用CH3NH3PbX3(X為Br或I)作為發光層進而成功地制備出室溫電致發光的PeLED。這種器件可以通過簡單的溶液法制備組裝，同時器件的外量子效率也比較理想。由于三維鈣鈦礦較大的介電常數，注入的電子、空穴一般以激發態自由載流子形式存在，致使輻射復合效率較低。因此該報道中的PeLED是利用厚度只有15 nm的三維鈣鈦礦結構活性層實現的。但是，如何避免漏電并制備均一覆蓋的鈣鈦礦發光層成為一項挑戰。

此后鈣鈦礦發光器件的研究獲得快速發展。提高了PeLED的效率。通過準二維鈣鈦礦發光層或采用改性的三維鈣鈦礦活性層策略進一步提升了近紅外PeLED的效率。相繼通過鈣鈦礦發光層的設計與改性將綠光二極管器件的外量子效率提升至20%以上。

小編：wyf 07.08