研究提高有機/無機復合結構紫外LED效率

　　壓電光電子學效應提高有機無機核殼復合結構LED效率。圖中左上圖是應力下電流變化圖，右上為光強和外量子效率隨應力改變圖，可以看出對這個器件，光強和效率在壓應力下都顯著增強。上面兩幅圖分別為壓應力下電勢分布圖和核殼結構的掃描電鏡照片。

　　基于ZnO納米線的有機/無機復合結構紫外LED近年來引起人們的廣泛關注，因為它不僅可以結合聚合物的高柔性和無機納米結構的高化學及結構穩(wěn)定性，而且相對于薄膜組成的器件來說還可以提供更高的光取出效率。基于ZnO納米結構的有機/無機復合LED目前已經在多種聚合物材料體系內得以實現(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微納結構的紫外LED到目前為止，由于缺乏好的方法實現(xiàn)電子和空穴電流的平衡和減少界面處的非輻射復合，其外量子效率很低。在已有的大部分文獻中，甚至沒有關于ZnO納米線/聚合物復合結構紫外LED的轉換效率的相關數(shù)據報導。

　　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LED的電子空穴復合效率進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，則占據多數(shù)的載流子中很大一部分將不參與復合，從而只對電流有貢獻而對光輸出沒有貢獻。在制備高效LED中實現(xiàn)電流平衡是非常重要的一項關鍵技術，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聚合物進行后續(xù)處理等。喬治亞理工學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年首次在國際上報道了一種利用壓電光電子學效應來提高基于ZnO納米線的無機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，他們首次實現(xiàn)了利用壓電光電子學效應提高有機/無機復合結構紫外LED效率。他們首先通過微操縱制備ZnO納米線/p-型聚合物核殼結構，并選擇合適的電極形成肖特基結初步提高LED效率。然后通過壓電光電子學效應進一步提高優(yōu)化過的LED量子效率。

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