近日，在LED相關(guān)技術(shù)與材料方面，東芝開(kāi)發(fā)了用于 LED的透明光致發(fā)光熒光粉；武漢大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)24.1%高效率鈣鈦礦近紅外發(fā)光LED。

東芝開(kāi)發(fā)用于LED的透明光致發(fā)光熒光粉

12月13日，東芝公司公布了光致發(fā)光技術(shù)的突破，這是一種新型熒光粉，在聚合物或有機(jī)溶劑中具有出色的溶解性，在可見(jiàn)光下呈透明無(wú)色，并在紫外線下發(fā)出持久的紅光，具有出色的色純度和六倍于當(dāng)前熒光粉的發(fā)光度。這些特性在 LED 照明、顯示器、深紫外線傳感、安全印刷和農(nóng)藥殘留測(cè)試等領(lǐng)域開(kāi)辟了許多潛在應(yīng)用。

磷光體是一種物質(zhì)，它從光源（例如紫外線或可見(jiàn)光）吸收能量，并通過(guò)發(fā)射彩色光來(lái)釋放該能量。磷光體常用于 LED 照明和顯示器，以及防偽印刷。

然而，在微型和微型 LED 照明和顯示器領(lǐng)域，所使用的芯片非常小，通常使用的無(wú)機(jī)熒光粉具有有限的色彩再現(xiàn)能力和發(fā)光強(qiáng)度。這些熒光粉也是不溶性的，以細(xì)小顆粒的形式存在，當(dāng)用于防偽印刷時(shí)，印刷圖案變得依稀可見(jiàn)，具體取決于視角和曝光量。東芝的新型熒光粉克服了這些問(wèn)題。

圖 1：東芝新型熒光粉的應(yīng)用

東芝將其光致發(fā)光研究重點(diǎn)放在新型鑭系元素發(fā)光絡(luò)合物上。該公司開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)有的分子設(shè)計(jì)方法，并用它來(lái)結(jié)合具有兩個(gè)或更多氧化膦結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn) Eu(III) 發(fā)光絡(luò)合物的離子，包括東芝最近發(fā)現(xiàn)的支鏈四氧化四膦配體（圖 2）。

圖 2：東芝分子設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的具有兩種或多種不同氧化膦結(jié)構(gòu)的 Eu(III) 配合物。

這創(chuàng)造了一種新的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)高度可溶，具有出色的透明度，并成功地增加了發(fā)光強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)高色純度和持久發(fā)光。分子設(shè)計(jì)方法還有可能創(chuàng)造出當(dāng)應(yīng)用于不同的發(fā)光復(fù)合物時(shí)發(fā)出不同顏色光的熒光粉。（圖3）

圖 3：當(dāng)應(yīng)用于不同的發(fā)光復(fù)合物時(shí)，分子設(shè)計(jì)方法有可能創(chuàng)造出發(fā)出不同顏色光的熒光粉。

東芝很快將開(kāi)始提供熒光粉和熒光薄膜的樣品，并探索在許多領(lǐng)域應(yīng)用的合作伙伴關(guān)系，包括照明、顯示、印刷和化學(xué)工業(yè)。該公司的目標(biāo)是在 2025 年開(kāi)始量產(chǎn)。

武漢大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)24.1%高效率鈣鈦礦近紅外發(fā)光LED

近年來(lái)，近紅外發(fā)光和探測(cè)器件在夜視、醫(yī)療、通訊等方面有眾多應(yīng)用，甲脒鉛基鹵化物鈣鈦礦被認(rèn)為是最有前途的近紅外發(fā)光二極管器件之一，但它們的性能仍然受到缺陷導(dǎo)致的非輻射復(fù)合和器件中帶階勢(shì)壘引起的低效載流子輸運(yùn)的影響。因此，深入理解器件中的載流子輸運(yùn)機(jī)制并針對(duì)性地縮小帶階對(duì)提升器件的性能顯得至關(guān)重要。

近日，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授方國(guó)家、柯維俊和南京工業(yè)大學(xué)教授王建浦，聯(lián)合在Nature Communications（《自然·通訊》）發(fā)表題為“Synergistic passivation and stepped-dimensional perovskite analogs enable high-efficiency near-infrared light-emitting diodes”（協(xié)同鈍化和梯度維度鈣鈦礦類(lèi)材料實(shí)現(xiàn)高效近紅外發(fā)光二極管）的文章。

該研究團(tuán)隊(duì)在FAPbI3前驅(qū)液中引入了一系列鎘鹽，特別以醋酸鎘為代表的添加劑，能夠起到協(xié)同鈍化材料的缺陷并優(yōu)化器件能帶結(jié)構(gòu)等作用。此外，鎘鹽還生成了一種新型零維晶體結(jié)構(gòu)的類(lèi)鈣鈦礦材料(FA2CdI4)。該晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息被劍橋晶體數(shù)據(jù)中心收錄發(fā)表。

這種新型零維的FA2CdI4類(lèi)鈣鈦礦和一維黃色相的δ-FAPbI3、二維FA2FAn-1PbnI3n+1以及三維黑色相α-FAPbI3的鈣鈦礦可以在一鍋合成中獲得，其梯度排列的能帶結(jié)構(gòu)可以像能量漏斗一樣高效地傳遞載流子，對(duì)能量轉(zhuǎn)移中起著非常關(guān)鍵和積極的作用。

因此基于FAPbI3的近紅外LED器件獲得了同類(lèi)器件中創(chuàng)世界紀(jì)錄的24.1%的外量子效率，還大大提高了器件的工作穩(wěn)定性。此外，該器件還具有很好的探測(cè)性能，基于此還實(shí)現(xiàn)了發(fā)光和自驅(qū)動(dòng)探測(cè)孿生器件的近紅外光通信。

a 器件結(jié)構(gòu)；b 醋酸鎘協(xié)同鈍化鈣鈦礦缺陷/過(guò)量甲脒生成包含零維、一維、二維和三維體系的梯度維度的鈣鈦礦及其類(lèi)似物; c 梯度維度鈣鈦礦及其類(lèi)似物的加速能量傳輸示意圖; d參比器件和包含不同添加劑的器件的發(fā)光性能曲線；e 孿生器件的發(fā)光與探測(cè)集成化示意圖；f器件實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)探測(cè)的響應(yīng)曲線。

這項(xiàng)工作不僅揭示了甲脒鉛基鹵化物鈣鈦礦體系中多維度鈣鈦礦的存在，而且發(fā)現(xiàn)了一種鎘基新型零維類(lèi)鈣鈦礦材料，為解析鉛鹵鈣鈦礦發(fā)光器件的能量傳輸機(jī)制和研制高效發(fā)光器件及其功能化集成應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

審核編輯 ：李倩