導讀

據瑞典林雪平大學官網近日報道，該校研究人員與英國、中國以及捷克共和國的同事們合作開發出一款既高效又長期穩定執行的鈣鈦礦發光二極體。

背景

鈣鈦礦是引起全世界科學家興趣的一大類半導體材料。它們獨特的晶體結構，使它們具有卓越的光學以及電子特性，並且製造起來既簡單又便宜。

（圖片來源：維基百科）

雖然大部分進展都是在研究太陽能電池中使用鈣鈦礦所取得的，但是它們也非常適合製造LED。

無鉛的鈣鈦礦薄膜（左）與染料敏化的有機太陽能電池（右）（圖片來源：UNIST）

鈣鈦礦LED（圖片來源：Charlotte Perhammar）

近年來，鈣鈦礦LED的效率顯著提升，而且不久將達到競爭技術的效率。然而，它們並不是特別穩定，這意味著目前無法投入實際應用。

創新

近日，瑞典林雪平大學的研究人員與英國、中國以及捷克共和國的同事們合作開發出一款既高效又長期穩定執行的鈣鈦礦發光二極體。研究成果發表在《自然通訊（Nature Communications）》期刊上。

林雪平大學生物分子與有機電子部門的負責人 Feng Gao 教授表示：“鈣鈦礦基發光二極體對於實際應用來說還不足夠穩定，但是我們已經讓它們向著這個目標邁進了一步。”

技術

林雪平大學生物分子與有機電子部門的研究員、與 Feng Gao 同為這篇論文主要作者的 Xiao-Ke LiU 表示：“還有許多工作要做。目前，大部分的鈣鈦礦LED要麼效率低，要麼器件穩定性差。”

許多科研小組都試圖擺脫這一困境，然而卻沒有取得顯著的成功。近日，瑞典林雪平大學的研究人員與英國、中國和捷克共和國的同事們找到了一條前進的道路。他們採用了一種由鉛、碘和有機物甲脒組成的鈣鈦礦，然後將這種鈣鈦礦嵌入到一種有機分子基體中，形成一種複合薄膜。

生物分子與有機電子部門的博士生 Heyong Wang 表示：“這種分子的末端含有兩個氨基，幫助其他物質形成一種優質的晶體結構，這就是鈣鈦礦的特徵，使晶體穩定。”

（圖片來源：Magnus Johansson）

這種新型複合薄膜使得研究小組能夠開發出效率達17.3%的LED，半衰期很長，大約100小時。

這種含有鉛和鹵素（在這個案例中是碘）的鈣鈦礦，具有最佳的發光特性。

Feng Gao 表示：“我們很想去掉鉛。目前，我們還有找到一個很好的辦法，但是我們正在努力。”

下一步就是測試不同的鈣鈦礦與有機分子的組合，並詳細了解成核和結晶過程是如何發生的。不同的鈣鈦礦賦予光線不同的波長，這是實現白光LED這一長期目標的必要條件。

Heyong Wang 在林雪平大學實驗室測試這種材料（圖片來源：Magnus Johansson）

關鍵字

LED、鈣鈦礦、太陽能電池

參考資料​

【1】Heyong Wang, Felix Utama Kosasih, Hongling Yu, Guanhaojie Zheng, Jiangbin Zhang, Galia Pozina, Yang Liu, Chunxiong Bao, Zhangjun Hu, Xianjie Liu, Libor Kobera, Sabina Abbrent, Jiri Brus, Yizheng Jin, Mats Fahlman, Richard H. Friend, Caterina Ducati, Xiao-Ke Liu, Feng Gao. Perovskite-molecule composite thin films for efficient and stable light-emitting diodes. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-14747-6

【2】https://liu.se/en/news-item/ett-steg-narmare-en-stabil-lysdiod-i-perovskit