五一剛過(guò)，LED業(yè)取得了這些技術(shù)突破

　　不知不覺(jué)，五一小長(zhǎng)假就這么過(guò)去了，也許你還沉寂在假日的歡樂(lè)中，不過(guò)技術(shù)的革新可從不等人。近期，LED行業(yè)就迎來(lái)不少技術(shù)消息。對(duì)于企業(yè)而言，要跟上世界的每一個(gè)變化和進(jìn)步，是至關(guān)重要的極大挑戰(zhàn)。昨天還僅僅處在理論階段的東西明天可能就變成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)了。

　　新型3D打印機(jī)，使用LED代替激光源

　　格拉茨理工大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種新型的3D打印機(jī)，該打印機(jī)使用LED代替激光源，用于金屬零件的快速成型制造。這種新型3D打印機(jī)可以優(yōu)化3D金屬打印的施工時(shí)間、金屬粉末消耗、設(shè)備成本和后處理工作。目前開發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這款3D打印機(jī)申請(qǐng)了技術(shù)專利。

　　該3D打印機(jī)使用的技術(shù)據(jù)說(shuō)類似于選擇性激光或電子束熔化技術(shù)。該工藝使用的是熔化金屬粉末，然后將其堆積起來(lái)形成一個(gè)部件。這種新技術(shù)被稱為選擇性LED基熔化(Selective LED-based Melting，簡(jiǎn)稱SLEDM)，消除了基于粉末床制造工藝的兩個(gè)核心問(wèn)題。

　　這兩個(gè)核心問(wèn)題包括大批量金屬部件的生產(chǎn)耗時(shí)，以及耗時(shí)的手工返工。SLEDM采用高性能的LED光束，其特點(diǎn)是由照明專家Preworks公司特別改裝的LED，并配備了復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)，可使LED光束的直徑得以聚焦。

　　該透鏡系統(tǒng)允許在熔化過(guò)程中，光束在0.05到20毫米之間變化?？筛淖兊腖ED焦點(diǎn)允許在單位時(shí)間內(nèi)熔化更大的體積，而不需要做內(nèi)部絲狀結(jié)構(gòu)。由于沒(méi)有內(nèi)部的絲狀結(jié)構(gòu)，使得元件和燃料電池或醫(yī)療技術(shù)的生產(chǎn)時(shí)間縮短了20倍。

　　該工藝還意味著，組件從上至下進(jìn)行組裝，使組件外露，并將所需的粉末減少到最低限度。在印刷過(guò)程中可以進(jìn)行必要的后處理。目前，該打印機(jī)正被用于生產(chǎn)生物可吸收的金屬植入物，如用于治療骨折的鎂合金制成的螺釘。那些植入物在骨折生長(zhǎng)后會(huì)溶解到體內(nèi)，不需要再進(jìn)行第二次手術(shù)取出螺釘。

　　新型鈣鈦礦LED，既高效又穩(wěn)定

　　據(jù)瑞典林雪平大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該校研究人員與英國(guó)、中國(guó)以及捷克共和國(guó)的同事們合作開發(fā)出一款既高效又長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的鈣鈦礦發(fā)光二極管。

　　鈣鈦礦是引起全世界科學(xué)家興趣的一大類半導(dǎo)體材料。它們獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使它們具有卓越的光學(xué)以及電子特性，并且制造起來(lái)既簡(jiǎn)單又便宜。雖然大部分進(jìn)展都是在研究太陽(yáng)能電池中使用鈣鈦礦所取得的，但是它們也非常適合制造LED。

　　近年來(lái)，鈣鈦礦LED的效率顯著提升，而且不久將達(dá)到競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的效率。然而，它們并不是特別穩(wěn)定，這意味著目前無(wú)法投入實(shí)際應(yīng)用。

　　近日，瑞典林雪平大學(xué)的研究人員與英國(guó)、中國(guó)以及捷克共和國(guó)的同事們合作開發(fā)出一款既高效又長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的鈣鈦礦發(fā)光二極管。研究成果發(fā)表在《自然通信(Nature Communications)》期刊上。林雪平大學(xué)生物分子與有機(jī)電子部門的負(fù)責(zé)人FengGao 教授表示：“鈣鈦礦基發(fā)光二極管對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)還不足夠穩(wěn)定，但是我們已經(jīng)讓它們向著這個(gè)目標(biāo)邁進(jìn)了一步。”

　　林雪平大學(xué)生物分子與有機(jī)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要么效率低，要么器件穩(wěn)定性差。”

　　許多科研小組都試圖擺脫這一困境，然而卻沒(méi)有取得顯著的成功。近日，瑞典林雪平大學(xué)的研究人員與英國(guó)、中國(guó)和捷克共和國(guó)的同事們找到了一條前進(jìn)的道路。他們采用了一種由鉛、碘和有機(jī)物甲脒組成的鈣鈦礦，然后將這種鈣鈦礦嵌入到一種有機(jī)分子基體中，形成一種復(fù)合薄膜。

　　生物分子與有機(jī)電子部門的博士生 Heyong Wang 表示：“這種分子的末端含有兩個(gè)氨基，幫助其他物質(zhì)形成一種優(yōu)質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，這就是鈣鈦礦的特征，使晶體穩(wěn)定。”

　　這種新型復(fù)合薄膜使得研究小組能夠開發(fā)出效率達(dá)17.3%的LED，半衰期很長(zhǎng)，大約100小時(shí)。這種含有鉛和鹵素(在這個(gè)案例中是碘)的鈣鈦礦，具有最佳的發(fā)光特性。Feng Gao 表示：“我們很想去掉鉛。目前，我們還有找到一個(gè)很好的辦法，但是我們正在努力。”

　　下一步就是測(cè)試不同的鈣鈦礦與有機(jī)分子的組合，并詳細(xì)了解成核和結(jié)晶過(guò)程是如何發(fā)生的。不同的鈣鈦礦賦予光線不同的波長(zhǎng)，這是實(shí)現(xiàn)白光LED這一長(zhǎng)期目標(biāo)的必要條件。

　　采用電吸收光譜原位，研究鈣鈦礦LED的降解機(jī)理

　　近日，香港中文大學(xué)趙鈮團(tuán)隊(duì)利用電吸收光譜技術(shù)原位研究了鈣鈦礦LED的降解機(jī)理，并且通過(guò)電荷復(fù)合的器件模型模擬了降解發(fā)生的原因與位置。此外研究者引入了一種沉積后表面處理方法來(lái)用PEAI鈍化鈣鈦礦表面進(jìn)一步從實(shí)驗(yàn)方面證實(shí)這些假設(shè)。文章發(fā)表在Adv. Funct. Mater.上，題目為“Degradation Mechanism of Perovskite Light-Emitting Diodes: An In Situ Investigation via Electroabsorption Spectroscopy and Device Modelling”。

　　a) 鈣鈦礦LED器件的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　b) 器件的能帶圖;

　　c) 不同工作偏壓下的電致發(fā)光光譜;

　　d)本文所監(jiān)測(cè)的典型鈣鈦礦LED的電流-電壓曲線和電流-輻照度和電流-亮度關(guān)系;

　　f) 當(dāng)恒流密度為100mA cm-2時(shí)，EQE隨時(shí)間衰減。

　　a) 時(shí)間相關(guān)ZnO和TFB層的一次諧波電吸收譜(EA);

　　b)在電流密度為833 mA cm−2時(shí)制備的鈣鈦礦層的二次諧波EA。

　　a)導(dǎo)帶以下能級(jí)為0.03 eV的碘空位缺陷，注入電流密度為100 mA cm-2的鈣鈦礦LED器件的模擬復(fù)合速率;

　　b)能級(jí)高于價(jià)帶0.04 eV的鉛空位缺陷，注入電流密度為100 mA cm-2的鈣鈦礦LED器件的模擬復(fù)合速率;

　　c)價(jià)帶上能級(jí)為0.6 eV的碘間隙缺陷陷阱，注入電流密度為100 mA cm-2的鈣鈦礦LED器件的模擬復(fù)合速率;

　　d)價(jià)帶以上能級(jí)為1.0 eV的反位錯(cuò)鉛缺陷陷阱，注入電流密度為100 mA cm-2的鈣鈦礦LED器件的模擬復(fù)合速率;

　　e)非輻射復(fù)合速率沿垂直方向的分布。

　　a)不同PEAI濃度下器件的電流-電壓曲線對(duì)比;

　　b)不同PEAI濃度下器件的亮度與電流密度曲線對(duì)比;

　　c)有PEAI層和無(wú)PEAI層鈣鈦礦LED器件的EL譜;

　　d)有PEAI層和無(wú)PEAI層PeLED器件的工作穩(wěn)定性的比較;

　　c)在電流密度為100mA cm-2時(shí)，有PEAI層鈣鈦礦LED器件的時(shí)變EA譜;

　　c)在電流密度為100mA cm-2時(shí)，無(wú)PEAI層的鈣鈦礦LED器件的時(shí)變EA譜。

　　a-b)鈦礦表面晶格結(jié)構(gòu)(左面板)和未經(jīng)PEAI鈍化處理的鈣鈦礦LEDs a)和b)的器件模型(右面板)的示意圖。藍(lán)色和紅色箭頭分別表示電子和空穴的輸運(yùn)方向。

　　研究者利用電吸收光譜技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)鈣鈦礦LED在運(yùn)行過(guò)程中各功能層的穩(wěn)定性。通過(guò)時(shí)間相關(guān)的電吸收光譜分析，清楚地表明鈣鈦礦LED的降解主要發(fā)生在鈣鈦礦層中。基于電荷復(fù)合的器件模型，進(jìn)一步指出這種降解可能是由TFB/鈣鈦礦界面引起的，界面區(qū)的空位、間隙或反晶缺陷會(huì)加劇這種降解。為了證實(shí)這些假設(shè)，研究者引入了一種沉積后表面處理方法來(lái)用PEAI鈍化鈣鈦礦表面。在電流密度為100 mA cm-2的條件下，鈍化處理可顯著提高鍍層的穩(wěn)定性，使鍍層的使用壽命由1.5小時(shí)提高到11.3h。這項(xiàng)工作展示了一個(gè)有效的工具來(lái)探索一個(gè)多層結(jié)構(gòu)鈣鈦礦器件的降解過(guò)程。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有助于開發(fā)用于鈦礦器件穩(wěn)定性研究的新方法，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了表面缺陷鈍化在提高商業(yè)應(yīng)用中鈣鈦礦器件穩(wěn)定性方面的重要性。