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郑州大学史志锋等人ACS Nano:环境友好型铜基卤化物黄光LED

照明和显示是国民经济的重要支柱型产业。经过半个世纪的发展,可见光LED已可实现全彩化,覆盖了从蓝光到红光的整个可见光范围,为人类的生活提供了五彩缤纷的新视界。然而,长期以来,不同颜色可见光LED的光效发展并不平衡,尤其是黄光LED,其光效远远劣于其它颜色,致使高光效的黄光LED制备不得不采用光激发荧光粉的形式获得,但该方案存在热光衰大、响应慢、器件寿命短等先天性不足。目前,用于电驱动LED的黄光发射材料以AlGaInP和GaN两种材料体系为主,但两种材料在可见光覆盖度上均存在一定的瓶颈,即“黄光鸿沟”。而且,上述两种材料体系的制备均需高温高压的生长设备完成,如金属有机物化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)等,在制备工艺和获得成本上也有一定的限制。

图1:(a)器件的结构示意图;(b)器件在不同电压下的发射光谱;(c)9 V下器件的发光照片;(d−f)CsCu2I3薄膜材料的长程热稳定性和存储稳定性评估。


基于上述考虑,郑州大学材料物理教育部重点实验室的史志锋副教授(点击查看介绍)等人从材料定向合成出发,在理论的指导下,采用低温反溶剂方法成功制备出具有宽带发射特征的黄光CsCu2I3薄膜。通过变温荧光光谱、瞬态吸收光谱和第一性原理计算对材料的发光物理进行系统分析,最终将其归结为与自限域态激子相关的辐射复合。进一步,将CsCu2I3薄膜作为发光层,首次制备出了低成本、环境友好型的CsCu2I3黄光LED,器件的发光波长位于550 nm,外量子效率为0.17%。由于CsCu2I3薄膜材料具有优异的抗热、光和湿度稳定性,所制备的器件可以在大气环境下连续工作,在高温60 ℃条件下,器件的工作寿命达到2.2小时。该器件良好的工作稳定性也可以通过第一性原理计算材料本征缺陷的形成能和扩散势垒等得到验证。上述研究成果为新型、廉价、高效、稳定的黄光LED设计与制备研究提供了新的方案。


这一成果近期发表在国际权威期刊ACS Nano 上。文章的第一作者是郑州大学的博士生马壮壮,通讯作者为郑州大学的史志锋副教授和单崇新教授以及吉林大学的张立军教授。该工作得到了国家自然科学基金、中原千人计划-中原青年拔尖人才以及河南省高校科技创新人才支持计划等项目的支持。


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Stable Yellow Light-Emitting Devices Based on Ternary Copper Halides with Broadband Emissive Self-Trapped Excitons

Zhuangzhuang Ma, Zhifeng Shi, Chaochao Qin, Minghuan Cui, Dongwen Yang, Xinjiang Wang, Lintao Wang, Xinzhen Ji, Xu Chen, Junlu Sun, Di Wu, Yu Zhang, Xinjian Li, Lijun Zhang, Chongxin Shan

ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.9b10148


史志锋博士简介


史志锋,男,1987年生,郑州大学物理学院副教授,博士研究生导师。研究方向为新型半导体光电功能材料与器件,包括发光二极管、光电探测器和激光器等。目前,以第一/通讯作者身份在Nano Letters、ACS Nano、Advanced Functional Materials、ACS Energy LettersMaterials Horizons等国际权威期刊已发表SCI学术论文48篇,包括中科院一区论文24篇,影响因子大于10.0的文章8篇,ESI“高被引论文”2篇,并有8篇SCI文章被选为期刊封面,合著英文专著3部(章节),申请发明专利13项(授权6项)。获河南省自然科学奖一等奖(排名第4)、第八届徐叙瑢发光学优秀青年学术论文奖、第十三届河南省青年科技奖以及河南省“中原千人计划”等荣誉。


https://www.x-mol.com/university/faculty/49572


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