第一作者：Jiawei Chen, Jian Wang.
通訊作者：曾海波、Jizhong Song、Xiaobao Xu、David Ginger
通訊單位：南京理工大學、華盛頓大學
研究亮點：
1. 發(fā)展了一種單層異相鹵化物鈣鈦礦材料，實現(xiàn)了高效白光LED。
2. 提出了一種異相光學-電子協(xié)同效應。
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在全球能源格局中，照明的能耗占15%，不可謂不大。發(fā)展高效率、低成本的照明技術，成為當前照明領域的關鍵議題之一。考慮到LED具有優(yōu)異的發(fā)光效率和超長的使用壽命，白光LED成為照明和顯示行業(yè)的新寵。
目前，商用白光LED主要通過RGB（紅綠藍）LED陣列或帶有磷涂層的藍色LED實現(xiàn)。也就是說，白光LED在技術上高度依賴于傳統(tǒng)外延技術生長的藍色LED組件，例如GaN。如何進一步降低成本和提高效率，至關重要。
近年來，鹵化鈣鈦礦由于高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率和低成本的溶液處理制備方法，在發(fā)光材料領域備受關注，基于鈣鈦礦的綠色和紅色LED的最高外部量子效率（EQE）當前都已經(jīng)超過20％。盡管如此，鈣鈦礦藍色LED 的開發(fā)依然是一項重要挑戰(zhàn)，嚴重阻礙了白色鈣鈦礦LED的實現(xiàn)。
作為一種替代方法，研究人員開始挖掘?qū)拵Ъぐl(fā)覆蓋整個可見光譜的鈣鈦礦材料。這種材料具有很強的載流子-聲子和激子-聲子耦合作用，其中載流子和激子在晶格畸變中發(fā)生“自陷”，從而實現(xiàn)寬譜發(fā)光和較大的斯托克斯位移。
問題在于，鈣鈦礦材料電荷傳輸性能較差，即便具有很高的光致發(fā)光效率，電致發(fā)光效率也往往較低。
為了解決這個問題，南京理工大學曾海波、Jizhong Song、Xiaobao Xu以及華盛頓大學David Ginger等人合作，報道一種單層異相鹵化物鈣鈦礦材料，實現(xiàn)了高效白光LED。
圖1. 器件配置
研究人員將α-CsPbI3優(yōu)異的電子傳輸性能和紅色發(fā)射與δ-CsPbI3出色的寬白、自陷激發(fā)性能結(jié)合在一起。與GaN白光LED不同的是，這種鈣鈦礦白光LED（Pe-WLED）不需要使用熒光粉，而且僅有一個由單層α和δ相的CsPbI3組成寬帶激發(fā)層作為獨特激發(fā)器，以實現(xiàn)載流子的有效注入和復合。
圖2. 結(jié)構(gòu)與光學性能
結(jié)果表明，α/δ異相界面效應使Pe-WLED具有相對較高的效率和亮度，峰值亮度為12,200 cd m-2，偏置電壓為6.6 V，電流密度為8.3 mA cm-2時，最大外部量子效率EQE為6.5％。此外，通過調(diào)整退火工藝，可以很好地控制α/δ相的比例，以調(diào)整Pe-WLED色溫。
圖3. 空間分辨的光學和電學性能
研究發(fā)現(xiàn)，高效的白光電致發(fā)光主要得益于大量電荷注入α相，α到δ相的電荷轉(zhuǎn)移以及α–δ相平衡的輻射復合，研究人員稱之為異相光學-電子協(xié)同效應。
圖4. 可能的機理
總之，這項研究深入探索了α和δ相CsPbI3之間納米尺度的連接作用，為構(gòu)建高效白光LED提供了一個簡單又巧妙的新思路，為理解和制造高性能白光LED起到重要推動作用。
參考文獻：
JiaweiChen et al. Efficient and bright white light-emitting diodes based onsingle-layer heterophase halide perovskites. Nature Photonics 2020.
https://www.nature.com/articles/s41566-020-00743-1
