LED亮度达116万尼特,浙大团队实现钙钛矿半导体可控p/n型掺杂阿猫阿狗
作者:喋喋 来源:救人 浏览: 【大中小】 发布时间:2024-12-02 02:03:36 评论数:
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近期,度达大团队实浙江大学狄大卫教授、特浙钛矿体赵保丹研究员团队提出了一种分子掺杂策略,现钙n型成功实现了钙钛矿半导体从 n 型到 p 型的半导连续转变。
并且,掺杂基于此方法获得的度达大团队实阿猫阿狗钙钛矿发光二极管(LED,light-emitting diode)亮度高达 116 万尼特,特浙钛矿体刷新了溶液法 LED(包括有机 LED、现钙n型量子点 LED 和钙钛矿 LED)的半导亮度纪录。
这些器件的掺杂外量子效率和能量转换效率同样值得关注,分别高达 28.4% 和 23.1%。度达大团队实
“我们这项研究中最重要的特浙钛矿体结果,是现钙n型在保持钙钛矿高发光性能的基础上,实现了对钙钛矿的半导导电行为从 n 型到 p 型的连续转变。”该论文第一作者、掺杂浙江大学熊文涛博士表示。
这一突破性的进展,填补了现有研究主要集中在钙钛矿缺陷钝化,而忽视钙钛矿固有半导体特性的调控的知识空白,为钙钛矿半导体可控电学掺杂提供了新的思路。
此外,焚琴煮鹤该研究中建立的机理模型和研究框架,也对后续的研究工作具有指导意义。
在现代半导体工业中,半导体材料的可控电学掺杂技术是实现高性能光电器件的关键。
2014 年,诺贝尔物理学奖授予了日本科学家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano),以及美籍日裔科学家中村修二(Shuji Nakamura),以表彰他们在高效蓝光 LED 方面所做出的母慈子孝突出贡献。
其中,对宽禁带半导体材料氮化镓的可控掺杂,是他们实现技术突破的关键。
钙钛矿半导体材料因其独特的光电特性而备受关注,但其导电行为的精确调控始终是科学家们面临的挑战。这也是浙大团队重点关注的研究方向,并在此前进行了大量探索和研究。
他们曾尝试引入不同的离子进行掺杂,并测试不同掺杂剂的效果后发现,在钙钛矿半导体材料中引入杂质的循循善诱过程中,往往会导致材料的发光效率降低和非辐射能量损失增加。
而这些问题不利于钙钛矿材料在光电器件中的应用,所以研究人员一直在寻找能够解决这些难题的方法。
金属卤化物钙钛矿半导体的结晶过程比较复杂,在其结晶过程中会形成各类缺陷。其中,深能级缺陷会造成光电器件的能量损失,因此需要尽可能避免产生深能级缺陷。
另一方面,只有浅能级缺陷,转瞬即逝才是有效调控半导体中载流子浓度的关键。
为了调控钙钛矿半导体材料中的浅能级缺陷的类型和密度,研究人员尝试了一系列掺杂剂,同时确保不引入额外的深能级缺陷。
在实验过程中,实验室环境的洁净度、温度控制、药品和溶剂的选择都可能影响结果。
为保证实验的效果,他们筛选了几十种不同的鱼目混珠钙钛矿半导体材料和掺杂剂,包括各种离子、分子和有机小分子,并尝试了多种不同的配方和钙钛矿材料,最终找到了良好的方案。
在此基础上,制备出在掺杂前即具有高发光性能的宽禁带钙钛矿薄膜,其荧光量子产率达到了约 75%。
在接下来的研究中,该课题组计划进一步提高钙钛矿半导体的掺杂效率,发现具有更高载流子浓度和迁移率的钙钛矿半导体材料,同时获得很高的发光性能。
此外,他们还将基于现有的可控电学掺杂策略,研究全钙钛矿半导体 p-n 结,并对其光电转换效率、工作原理及稳定性等方面进行深入探索。
狄大卫说:“我们需要思考,服服贴贴既然钙钛矿可以和传统半导体一样实现电学掺杂,我们是否可以重新设计钙钛矿发光二极管、太阳能电池、晶体管和光电探测器等器件?”
钙钛矿半导体的可控电学掺杂,有望为相关光电器件的研究带来重要革新。这些未来的探索,将为钙钛矿半导体实现大规模应用奠定基础。
参考资料:
1.Xiong, W., Tang, W., Zhang, G. et al. Controllable p- and n-type behaviours in emissive perovskite semiconductors. Nature633, 344–350 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07792-4
2. Jiang, F., Ginger, D. Future optoelectronics unlocked by “doping” strategy. Nature633, 291-292 (2024). https://doi.org/10.1038/d41586-024-02659-0
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