【導(dǎo)讀】基于ZnO納米線的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED近年來引起人們的廣泛關(guān)注，因為它不僅可以結(jié)合聚合物的高柔性和無機(jī)納米結(jié)構(gòu)的高化學(xué)及結(jié)構(gòu)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。
壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高有機(jī)無機(jī)核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)LED效率。圖中左上圖是應(yīng)力下電流變化圖，右上為光強(qiáng)和外量子效率隨應(yīng)力改變圖，可以看出對這個器件，光強(qiáng)和效率在壓應(yīng)力下都顯著增強(qiáng)。上面兩幅圖分別為壓應(yīng)力下電勢分布圖和核殼結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。
圖1：應(yīng)力下電流變化圖
圖2：光強(qiáng)和外量子效率隨應(yīng)力改變圖
基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合LED目前已經(jīng)在多種聚合物材料體系內(nèi)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(jié)構(gòu)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(fù)合，其外量子效率很低。在已有的大部分文獻(xiàn)中，甚至沒有關(guān)于ZnO納米線/聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED的轉(zhuǎn)換效率的相關(guān)數(shù)據(jù)報導(dǎo)。
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(fù)合效率進(jìn)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(jù)多數(shù)的載流子中很大一部分將不參與復(fù)合，從而只對電流有貢獻(xiàn)而對光輸出沒有貢獻(xiàn)。在制備高效LED中實現(xiàn)電流平衡是非常重要的一項關(guān)鍵技術(shù)，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(jìn)行后續(xù)處理等。
今年我國首次實現(xiàn)了利用壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外LED效率。首先通過微操縱制備ZnO納米線/p-型聚合物核殼結(jié)構(gòu)，并選擇合適的電極形成肖特基結(jié)初步提高LED效率。然后通過壓電光電子學(xué)效應(yīng)進(jìn)一步提高優(yōu)化過的LED量子效率。
研究發(fā)現(xiàn)，在合適應(yīng)力下，外量子效率可提高兩倍以上，達(dá)到5.92%。IV曲線在正負(fù)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(yīng)引起，而不是由非極性的壓阻和接觸效應(yīng)引起。不僅證明壓電光電子學(xué)效應(yīng)可以從剛性無機(jī)材料拓展到柔性有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，提供了一種提高有機(jī)LED效率的新概念，而且核殼結(jié)構(gòu)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(jié)果在高效柔性光電子器件、高密度信息存儲、軍事領(lǐng)域和綠色能源器件有廣泛的應(yīng)用前景。
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