研究提高有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED效率

　　壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高有機(jī)無機(jī)核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)LED效率。圖中左上圖是應(yīng)力下電流變化圖，右上為光強(qiáng)和外量子效率隨應(yīng)力改變圖，可以看出對(duì)這個(gè)器件，光強(qiáng)和效率在壓應(yīng)力下都顯著增強(qiáng)。上面兩幅圖分別為壓應(yīng)力下電勢(shì)分布圖和核殼結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。

　　基于ZnO納米線的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED近年來引起人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗粌H可以結(jié)合聚合物的高柔性和無機(jī)納米結(jié)構(gòu)的高化學(xué)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且相對(duì)于薄膜組成的器件來說還可以提供更高的光取出效率?；赯nO納米結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合LED目前已經(jīng)在多種聚合物材料體系內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)，比如聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)，N,N'-二苯基聯(lián)苯二胺 (α-NPD)，聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撐乙烯撐] (MEH-PPV)等等。然而，基于ZnO微納結(jié)構(gòu)的紫外LED到目前為止，由于缺乏好的方法實(shí)現(xiàn)電子和空穴電流的平衡和減少界面處的非輻射復(fù)合，其外量子效率很低。在已有的大部分文獻(xiàn)中，甚至沒有關(guān)于ZnO納米線/聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED的轉(zhuǎn)換效率的相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)導(dǎo)。

　　LED的外量子效率，即出射光子和注入電子的比值。注入LED的電子和空穴電流的平衡與否對(duì)LED的電子空穴復(fù)合效率進(jìn)而外量子效率有很重要的影響。如果一種載流子的電流顯著大于另外一種，則占據(jù)多數(shù)的載流子中很大一部分將不參與復(fù)合，從而只對(duì)電流有貢獻(xiàn)而對(duì)光輸出沒有貢獻(xiàn)。在制備高效LED中實(shí)現(xiàn)電流平衡是非常重要的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，目前常用的方法有使用合適的電極材料、使用絕緣體做載流子阻擋層和對(duì)聚合物進(jìn)行后續(xù)處理等。喬治亞理工學(xué)院和中科院納米能源與系統(tǒng)研究所的王中林教授課題組在2011年首次在國際上報(bào)道了一種利用壓電光電子學(xué)效應(yīng)來提高基于ZnO納米線的無機(jī)LED效率的新方法。

　　今年，通過楊青博士，博士生劉瑩和潘曹峰博士等王中林課題組的研究人員共同努力，他們首次實(shí)現(xiàn)了利用壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED效率。他們首先通過微操縱制備ZnO納米線/p-型聚合物核殼結(jié)構(gòu)，并選擇合適的電極形成肖特基結(jié)初步提高LED效率。然后通過壓電光電子學(xué)效應(yīng)進(jìn)一步提高優(yōu)化過的LED量子效率。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在合適應(yīng)力下，外量子效率可提高兩倍以上，達(dá)到5.92%。IV曲線在正負(fù)偏壓下的非對(duì)稱變化表明器件性能的提高主要由具有極性的壓電效應(yīng)引起，而不是由非極性的壓阻和接觸效應(yīng)引起。他們的工作不僅證明壓電光電子學(xué)效應(yīng)可以從剛性無機(jī)材料拓展到柔性有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，提供了一種提高有機(jī)LED效率的新概念，而且核殼結(jié)構(gòu)的采用提供了一種低廉而簡單的高效紫外LED制備方法。研究結(jié)果在高效柔性光電子器件、高密度信息存儲(chǔ)、軍事領(lǐng)域和綠色能源器件有廣泛的應(yīng)用前景。