由“神奇材料”钙钛矿制成的LED

晓说

由大家所熟知的钙钛矿材料制成的多种色彩发光二极管在未来可以使LED显示屏既便宜又容易制造。

钙钛矿的一种混合形式——它的同类型材料最近已经被发现，可以用来制备高效率的太阳能电池，未来有望取代硅，目前已经被用来制造低成本，易制造的发光二极管，为未来广泛的商业应用开辟了道路，比如灵活的色彩显示方面的应用。

在牛津大学Henry Snaith教授的团队发现它们在将光转换为电非常有效之后，在过去的几年时间里，这种特定种类半导体的钙钛矿已经在太阳能领域引起了研究热潮。在过去的短短两年时间里，钙钛矿型太阳能电池已经达到了近20％的工作效率，而传统的硅基太阳能电池需要20年才能达到这样的水平。

现在，来自英国剑桥大学、牛津大学和慕尼黑路德维希- 马克西米利安大学的研究人员已经证实了钙钛矿材料新的应用，也就是用它们来制造高亮度的LED。该研究结果发表在自然与纳米技术杂志上。

钙钛矿是用来描述一组具有独特长方体和钻石形状晶体结构材料的总称。它们长久以来以超导性能和铁电性引起了研究人员的浓厚兴趣。但在过去几年中，它们高效率将光能转换成电能的特性开辟了广泛的应用前景。

被用来制造LED的钙钛矿是被称作有机金属卤化物的钙钛矿，这种钙钛矿还混有铅、碳系离子和被称为卤化物的卤离子。这些材料充分溶解在普通溶剂中，并且在干燥时聚集形成钙钛矿晶体，这使得它们廉价并且容易制造。

就读于剑桥大学卡文迪许实验室的博士研究生Zhi-Kuang Tan（该论文的第一作者）说：“这些有机金属卤化物钙钛矿是非常卓越的半导体，我们已经设计了二极管结构用来将电荷限制在一个非常薄的钙钛矿片层里，其设置为电子空穴捕获产生光散射的过程提供了条件。”

这种钙钛矿LED是用一个简单并且可扩展的方法制得，这种方法就是准备好钙钛矿溶液并且将之旋涂在基板上面。这种方法不需要高温加热或者高真空的条件，因此在大批量生产中很廉价。与此相反，传统方法制造的LED在许多大面积的显示应用方面成本过高。

曾经在剑桥领导过这个项目的Richard Friend 教授（目前在卡文迪许实验室）说：“对于半导体界来说，更大的惊喜是不需要像传统的半导体（比如硅半导体）需要经过复杂的纯化处理，发现的简单工艺方法仍然能获得非常纯正的的半导体特性。”

Tan说：“非常显著的一点是这种材料能够非常容易地调谐发射各种颜色的光，这使得它对于彩色显示器，照明和光通信系统都非常有用。这项技术对不断增长的平板显示产业具有非常大的经济价值。”

该团队现在正在寻求提高LED的工作效率，并且将之应用于激光二极管，这项技术在一系列的科学、医学和工业当中得到了应用，比如材料加工和医疗设备方面的应用。第一个基于钙钛矿的LED商业化应用有望在五年内实现。