中國科學技術大學物理學院教授肖正國研究組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86000坎德拉/平方米、壽命高達12500小時的鈣鈦礦單晶發光二極管（LED），向鈣鈦礦LED應用于人類照明邁出了重要一步。相關成果近日發表于《自然-光子學》。
目前，基于多晶薄膜的鈣鈦礦LED的外量子效率已經超過20%，可以媲美商用有機LED。近年來，報道的絕大多數高效率鈣鈦礦LED器件的壽命在數百到數千小時不等，仍落后于有機LED。
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會影響器件穩定性。此外，多晶鈣鈦礦器件中嚴重的俄歇復合也限制了器件的亮度。
針對這些難題，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，再通過調控生長條件，引入有機胺和聚合物，有效提升了晶體質量，從而制備出高質量的鈣鈦礦薄單晶，最小厚度僅為1.5微米，表面粗糙程度小于0.6納米，內部熒光量子產率達到90%。以薄單晶作為發光層，研究人員制備出鈣鈦礦單晶LED器件，其外量子效率達到11.2%，亮度超過86000坎德拉/平方米，壽命高達12500小時。
這意味著鈣鈦礦單晶LED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。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-023-01167-3
