研究提高有机/无机复合结构紫外LED效率

压电光电子学效应提高有机无机核壳复合结构LED效率。图中左上图是应力下电流变化图，右上为光强和外量子效率随应力改变图，可以看出对这个器件，光强和效率在压应力下都显著增强。上面两幅图分别为压应力下电势分布图和核壳结构的扫描电镜照片。
  
基于ZnO纳米线的有机/无机复合结构紫外LED近年来引起人们的广泛关注，因为它不仅可以结合聚合物的高柔性和无机纳米结构的高化学及结构稳定性，而且相对于薄膜组成的器件来说还可以提供更高的光取出效率。基于ZnO纳米结构的有机/无机复合LED目前已经在多种聚合物材料体系内得以实现，比如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOTSS)，N,N'-二苯基联苯二胺 (α-NPD)，聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑] (MEH-PPV)等等。然而，基于ZnO微纳结构的紫外LED到目前为止，由于缺乏好的方法实现电子和空穴电流的平衡和减少界面处的非辐射复合，其外量子效率很低。在已有的大部分文献中，甚至没有关于ZnO纳米线/聚合物复合结构紫外LED的转换效率的相关数据报道。

LED的外量子效率，即出射光子和注入电子的比值。注入LED的电子和空穴电流的平衡与否对LED的电子空穴复合效率进而外量子效率有很重要的影响。如果一种载流子的电流显著大于另外一种，则占据多数的载流子中很大一部分将不参与复合，从而只对电流有贡献而对光输出没有贡献。在制备高效LED中实现电流平衡是非常重要的一项关键技术，目前常用的方法有使用合适的电极材料、使用绝缘体做载流子阻挡层和对聚合物进行后续处理等。佐治亚理工学院和中科院纳米能源与系统研究所的王中林教授课题组在2011年首次在国际上报道了一种利用压电光电子学效应来提高基于ZnO纳米线的无机LED效率的新方法。
  
今年，通过杨青博士，博士生刘莹和潘曹峰博士等王中林课题组的研究人员共同努力，他们首次实现了利用压电光电子学效应提高有机/无机复合结构紫外LED效率。他们首先通过微操纵制备ZnO纳米线/p-型聚合物核壳结构，并选择合适的电极形成肖特基结初步提高LED效率。然后通过压电光电子学效应进一步提高优化过的LED量子效率。
   
研究发现，在合适应力下，外量子效率可提高两倍以上，达到5.92%。IV曲线在正负偏压下的非对称变化表明器件性能的提高主要由具有极性的压电效应引起，而不是由非极性的压阻和接触效应引起。他们的工作发表在《纳米快报》 (Nano Letters，dx.doi.org/10.1021/nl304163n) 在线。该工作不仅证明压电光电子学效应可以从刚性无机材料拓展到柔性有机/无机复合材料，提供了一种提高有机LED效率的新概念，而且核壳结构的采用提供了一种低廉而简单的高效紫外LED制备方法。研究结果在高效柔性光电子器件、高密度信息存储、军事领域和绿色能源器件有广泛的应用前景。

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