高达15%！「国家杰青」/985院长领衔！东南大学，新发Science Advances！
学术
2024-10-05 21:42
河南
范德瓦尔斯发光二极管（vdWLEDs）是一种由层状材料构成的光电器件，因其出色的可调性和在下一代片上光电集成中的应用潜力而受到广泛关注。然而，vdWLEDs仍面临着低发光效率的问题，尤其是在室温下，外部量子效率（EQE）几乎未能超过1%。造成这一问题的原因包括电荷注入效率、辐射复合效率和光出射效率等多方面因素，特别是基于过渡金属二硫化物（TMDCs）的vdWLEDs，其活性材料在高生成率下的光致发光量子产率较低，限制了器件性能的提升。为了克服vdWLEDs的局限性，科学家们将目光投向了层状鲁德尔斯登-波普尔钙钛矿（RPPs）。由于其独特的量子阱结构和优异的光电特性，RPPs表现出超过30%的高固有光致发光量子产率，并具备可调的带隙特性，使其成为高性能LED的潜在发射材料。然而，目前尚未有基于纯单晶层状RPPs构建的微米级发光二极管（PeLEDs）报道。针对上述挑战，东南大学倪振华教授（杰青）、复旦大学微电子学院副院长周鹏（杰青）以及东南大学吕俊鹏、南京师范大学刘宏微等人携手在Science Advances期刊上发表了题为“Van der Waals integrated single-junction light-emitting diodes exceeding 10% quantum efficiency at room temperature”的最新论文。本研究成功地制造了具有高达15%外部量子效率的vdW集成PeLEDs。这些器件采用机械剥离的单晶RPP纳米片作为活性层，并夹在少层石墨烯电极之间。实验结果显示，该PeLEDs在低开启电流密度下仍能实现强电致发光发射，并展现出优越的性能。这一研究成果为vdWLEDs的进一步发展提供了新的思路和方向。1. 实验首次制造了基于层状钙钛矿（RPPs）的范德瓦尔斯集成发光二极管（PeLEDs），其在室温下的外部量子效率（EQE）超过15%，为所有vdWLEDs中最高。这一成就展示了RPPs作为高性能发射材料的潜力。2. 实验通过将机械剥离的单晶RPP纳米片夹在两片少层石墨烯（FLG）之间，形成透明电极，实现了PeLEDs的制造。在这种结构中，观察到强的电致发光（EL）发射，表明了RPPs在高生成率下具有出色的光电性能。3. 研究还展示了PeLEDs的低开启电流密度和高EQE（超过10%）的优越性能。实验表明，PeLEDs的优秀表现归因于其固有的量子阱（QW）结构、高光致发光量子产率（PLQY），以及福勒-诺德海姆（F-N）隧穿效应所促进的高效电荷注入。这些特性使得PeLEDs在下一代片上光电应用中具有广阔的前景。图2. n = 4的PeLEDs的电致发光（EL）表征。图3: PeLEDs的电气行为和可调的电致发光（EL）发射。本文揭示了层状鲁德尔斯登-波普尔钙钛矿（RPPs）在范德瓦尔斯发光二极管（vdWLEDs）中的优越性能。首先，RPPs独特的量子阱结构和高光致发光量子产率，使其在高生成率下展现出卓越的光电特性，为高性能LED材料的开发奠定了基础。这一发现强调了在材料选择与设计中，量子效应的重要性，尤其是在微米级设备的应用中。其次，研究表明，通过合理设计和调控RPPs的带隙，能够实现可调的发射波长，这为多功能光电器件的开发提供了新的思路。此外，结合福勒-诺德海姆隧穿效应的高效电荷注入机制，展示了提升发光效率的潜力。这些发现不仅为vdWLEDs的进一步研究指明了方向，也为开发新型光电器件提供了理论支持和实验依据。未来，研究人员可以基于这一启示，探索其他具有良好量子性质的材料，从而推动光电技术的进步和应用。Zhenliang Hu et al.Van der Waals integrated single-junction light-emitting diodes exceeding 10% quantum efficiency at room temperature.Sci. Adv.10,eadp8045(2024).DOI:10.1126/sciadv.adp8045🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
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