山东大学在单组分白光LED应用研究方面取得新进展

近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院新能源材料超快动力学研究团队在单组分白光发光二极管（LED）应用研究方面取得重要进展，研发出一种低成本、环境友好的新型暖白光铜基金属卤化物荧光材料，获得国家发明专利授权（专利号202111361100.3）。

以该新型材料开展的相关研究成果以“Organic-Inorganic Hybrid Cuprous-Based Metal Halides for Warm White Light-Emitting Diodes”为题发表在国际知名期刊《Advanced Science》上（影响因子17.521）。

图片来源：山东大学

据美国能源信息署报告称，如果用发光二极管(LED)完全取代白炽灯泡，预计到2030年可以降低全球40%以上的照明能耗。白光LED分为冷白光和暖白光两种类型，其中室内照明多以暖白光为主。

然而，目前绝大多数白光LED技术主要依靠多组分荧光叠加的方式产生白光，因此很容易出现显色性差、发光效率低、有害蓝光成分高、白光光谱不连续等问题。开发单组分、高性能荧光材料被认为是解决以上问题的关键。但目前报道的单组分暖白光材料还非常少，国际上相关电致发光器件的研究仍处于空白状态。

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针对以上问题，研究团队设计并开发了一种地球资源丰富且不借助任何掺杂即可产生强暖白光的铜基金属卤化物—MA2CuCl3 (MA = CH3NH3+)。研究团队制备的MA2CuCl3单晶具有宽频带暖白光发射特性且荧光量子产率高达97%。

值得一提的是，该材料常温发光寿命比之前报道的绝大多数非铅钙钛矿还要长。研究发现，MA2CuCl3拥有异常强的激子-声子耦合作用和高度局域化的空穴分布，这为该类材料优异的发光特性奠定了结构基础。

进一步地，研究团队通过对合成方法的探索和优化，成功获得厘米级高质量单晶，这使得大面积单晶器件的制备成为可能。

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在以上研究的基础上，团队提出了一种新型醇类溶剂制膜策略，接着通过对器件结构的合理设计和薄膜形貌的优化，成功制备了MA2CuCl3暖白光LED，其最大亮度达到54 cd/m2，最大外量子效率为0.04%。

研究团队也尝试利用MA2CuCl3粉末制备了荧光粉LED，在5.3 V的驱动电压下，器件的亮度达到5500 cd/m2，最高外量子效率为0.6%。以上研究成果为单组分暖白光LED材料和器件研究拓展了思路，同时该项工作也为其他金属卤化物荧光材料的电致发光应用提供了新的指导和借鉴。

上述工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东大学齐鲁青年学者基金的联合资助。山东大学为该工作的第一完成单位，2020级硕士研究生孟璇为第一作者，刘锋研究员为通讯作者。

原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202203596

来源：山东大学前沿交叉科学青岛研究院

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