浙江大学狄大卫团队创造低铅钙钛矿LED效率纪录，利用锗元素降低铅污染( 二 ) 金属卤化物钙钛矿半导体材料

论文的第一作者杨得鑫告诉 DeepTech ，此前多伦多大学的 Sargent 研究组制作了无铅钙钛矿 LED ，器件的最高外量子效率达到了 5% ，但对应的发光亮度较低，无法满足实际应用所需。目前看来，使用锗来替换铅是不错的方案。
【浙江大学狄大卫团队创造低铅钙钛矿LED效率纪录，利用锗元素降低铅污染】

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图 | 锗铅钙钛矿 LED 器件的性能表征（来源：Nature Communications）
2014 年，剑桥大学卡文迪许实验室的 Friend 课题组首次展示了在室温下发光的钙钛矿 LED ，但当时的器件效率还较低。此后，学者们通过不断改善钙钛矿薄膜以及优化器件结构来提升钙钛矿 LED 的发光效率和稳定性，其中铅基钙钛矿的绿光、红光和近红外的效率，在多个研究组的努力下均超过了 20% ，然而低铅钙钛矿 LED 的发光效率很难超过 5% 。现在，狄大卫团队的杨得鑫、张国玲等人首次展示了锗铅钙钛矿 LED ，在高亮度 (约 1900 cd/m2) 下获得了 13.1% 的外量子效率，刷新了低铅钙钛矿 LED 器件的效率记录。

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图 | 狄大卫 (右一)、杨得鑫 (右二) 等人在实验室（来源：浙江大学国际合作与交流处）
谈及是如何想到用锗元素来替代铅的，杨得鑫笑说是一个巧合：” 我曾经不是研究 LED 而是研究材料铁弹性的，其中在研究锗碲合金的过程中，发现锗元素在空气中容易氧化，表面会形成一层氧化物，这层氧化物能够保护内部材料不被进一步氧化，从而能提升整个材料的稳定性。类似的思路或许也能用于钙钛矿 LED 。“
提升材料稳定性，是钙钛矿 LED 研究的另一需要攻克的难题，材料的不稳定最终会反映到器件的使用寿命上。杨得鑫表示，团队还会在进一步降低铅含量的同时提升钙钛矿 LED 的稳定性，以期达到实际应用的需求。
论文的第一作者与共同通讯作者杨得鑫目前是杭州电子科技大学的副教授，同时也是浙江大学光电学院的访问学者和在职博士后。他曾于 2014 年 10 月到 2015 年 10 月获得国家留学基金委资助留学英国剑桥大学。杨得鑫目前的主要研究方向是光电显示器件和钙钛矿的铁弹性。
展望未来钙钛矿 LED 发展，杨得鑫认为还有诸多问题要解决，包括高性能钙钛矿 LED 的铅含量、稳定性问题，以及蓝光钙钛矿 LED 的效率问题等。
日本科学家赤崎勇、天野浩和中村修二发明了基于氮化镓的蓝光 LED ，结束了只有红、绿两色 LED 的世界，使三元发光色成为可能。三位科学家因此获得了 2014 年度的诺贝尔物理学奖。他们经过数十年时间的研究，提升了蓝光 LED 的效率，他们的努力对人类的贡献不言而喻。
杨得鑫认为，利用钙钛矿材料制作的蓝光 LED 也将会在未来几年实现外量子效率的提升，达到 20% 以上的水平。届时，世界或许也会有一种新的方式来呈现色彩。
在 2014 年颁奖词中，诺贝尔奖委员会写道：“白炽灯照亮了 20 世纪，而 LED 将照亮 21 世纪。” 钙钛矿 LED 未来将迎来怎样的发展，我们拭目以待。
来源：ZAKER汽车