《Nature Reviews Materials》报道我校曾海波团队在半导体发光研究进展

2022-07-24来源:材料科学与工程学院/格莱特研究院作者:陈嘉伟审核人:刘伟编辑:曹佳音阅读:371

曾海波教授领衔的新型显示材料与器件工信部重点实验室与德国慕尼黑工业大学合作在国际顶级期刊Nature Reviews Materials(影响因子77)上以“Bespoke crystalline hybrids towards the next generation of white LEDs”为题发表前瞻性评述。我校曾海波教授,李伟金教授和慕尼黑工业大学Roland A. Fischer院士为共同通讯作者,南京理工大学为第一通讯单位,我校博士生陈嘉伟和慕尼黑工业大学Soumya Mukherjee博士(现爱尔兰利默瑞克大学助理教授)为文章的共同第一作者。

曾海波教授团队长期从事低维半导体材料与光电器件研究。在国际上率先发展了钙钛矿量子点发光显示方向的红绿蓝及白光QLED器件。2021年,团队在国际顶级期刊Nature Photonics(影响因子40)上首次报道了基于单层金属卤化物的高效电致白光(Nature Photonics 15 (3), 238-244,ESI前1%高被引论文,ESI前0.1%热点论文),促进新一代照明显示白光电光源的发展,在钙钛矿与照明显示交叉领域引起了新一波研究热潮。但是目前单层白光LED在发光材料设计及性能提升方面仍然存在着诸多问题,比如如何提升电荷传输性能、提升器件稳定性等均具有较大的挑战。

根据《World Energy Outlook 2021》分析,白光照明的电能消耗约占每年全世界电量的20%,并占据了全球12%的二氧化碳排放量。发光二极管(LED)是电力驱动的光源,具有体积小、重量轻、能效高等优势。目前商业化的LED照明技术为蓝光LED芯片(如氮化镓)激发荧光粉产生互补色从而混合形成白光,该成果也获得2014年的诺贝尔物理学奖。然而,以蓝光芯片作为激发光源,使得产生的白光光谱中具有极高的蓝光比例,造成LED显色指数较低并引发严重的蓝光污染问题,这也是现代社会人们睡眠障碍和视网膜损伤的根源。因此,如何设计健康、高显色指数、高效的白光材料与器件具有极为深远的意义。

联合团队在该文中指出,具有自陷态激子特征的金属卤化物材料是下一代健康、高质量照明的理想候选材料。此种材料的宽谱发光可覆盖整个可见光光谱,同时具有大的斯托克斯位移。用单一发光层构筑电致白光发光器件,不仅可以从源头上最大限度地减少蓝光污染(无蓝光激发源),而且避免自吸收效应,同时克服了传统LED光激发过程中二次能量损失并简化器件结构。但是,较差的电荷传输特性阻碍了自陷态材料实现高效电致白光。

对于未来发展,研究人员认为通过将自陷态纳米材料嵌入金属有机框架、共价有机框架等结构,利用其自身的纳米级空间,一方面可以调控自陷态材料的生长与钝化缺陷,提供优异的有机配体修饰平台和孔径并提升其发光性能及稳定性;另一方面可以降低激子自陷的能垒并调控自陷态材料的电荷传输性能,使得载流子的传输与注入更为高效。研究人员提出通过合理设计自陷态金属卤化物与有机框架的结构及性能,可为未来健康、高质量的新型照明和显示技术的发展开辟一条新的道路。

曾海波教授简介:国家杰出青年基金获得者,国家级领军人才,英国皇家化学会会士,美国光学会会士,新型显示材料与器件工信部重点实验室创始人,南京理工大学材料学院院长。长期从事低维半导体与光电器件研究,主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金重点项目、国防科技创新特区项目,发表Nature Photonics、Nature Electronics、Nature Reviews Materials、Nature Communications、Advanced Materials等期刊论文300余篇,SCI引用4万余次,单篇引用超过1000次6篇,最高超过2000次,H因子105,获Nature、Nature Materials Review、Nature Nanotechnology等专题评论20次。2017年以来连续入选科瑞维安全球高被引科学家、爱思维尔全球2%顶尖科学家,获中国照明学会LED首创奖金奖、安徽省科技奖一等奖、江苏省高校科技奖一等奖、江苏省教学成果奖一等奖。

李伟金教授简介:海外高层次引进人才(国家级青年计划),洪堡学者,福建省自然科学奖一等奖(排名第五)获得者,江苏省材料协会会员。主要从事无机-有机杂化材料及电(导电、介电等)、磁调控和发光显示调控。以第一或通讯作者发表Nature Communications, Nature Review Materials和Advanced Materials等期刊论文>37篇,被引超过1500次。