自组装粒子点亮了LED灯照明的未来

就当照明技术处于黑暗的时期—LED技术前来救援。在过去的十年中，LED技术，即发光二极管的简称，由于其照明效率、耐久性和寿命长等优点，席卷了照明产业。

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　　现在，普林斯顿大学的工程技术人员已经找到了另一个路径通过精炼称为钙钛矿结晶物质的制造LED光源的技术，这是一种实现制造更有效和低成本的可用于放在货架上销售的LED替代品的途径。

　　研究人员开发出的这一种技术，其中纳米级的钙钛矿粒子可进行自组装，以产生更高效，稳定和持久的钙钛矿型发光二极管。这项研究的相关论文于1月16日发表在《自然光子》杂志上，可用于加快钙钛矿技术的应用，如照明，激光，电视和电脑屏幕等商业应用中。

　　“太阳能电池材料的性能的相关技术近年来有了很大的进步，它们的固有属性，给予它们在LED相关应用中很多潜在价值，但不能创造出均匀发光的纳米钙钛矿薄膜限制了它们的这种潜力，”Barry Rand说，他是普林斯顿大学电气工程和能源与环境Andlinger中心的助理教授。

　　“我们的新技术允许这些纳米粒子自我组装，创造超细晶薄膜，制造工艺的进步，使基于钙钛矿发光二极管看起来更像是一个可行潜在的现有技术，”该研究的首席研究员Rand首席补充说。

　　当LED两端施加电压时LED会发光。当激光灯开始发射时，电流迫使电子从二极管的负侧流动到正极的一面。这就是以光的形式释放能量。当电流被严格控制时，LED的操控性能最好。在Rand研究的该设备中，基于纳米粒子的薄片可实现。

　　LED灯相比白炽灯泡有许多优点，包括耐用性，寿命更长，更小的尺寸，节能和低热量。虽然它们在房间照明应用中相比荧光灯仍然是更昂贵的，但他们更节能，照亮更快，且针对环境问题的相关处置问题较少。

　　Rand的研究小组和其他研究人员正在探索钙钛矿作为一个潜在的低成本替代氮化镓（GaN）的用于LED制造的材料。低成本的LED将加快灯泡的验收，减少能源使用和对环境影响。

　　钙钛矿是原来在俄罗斯世纪中叶，由俄罗斯矿物学家Lev perovski发现并命名的矿物。“钙钛矿”延伸的一类化合物，共享Perovski的矿物的晶体结构，具有不同的结构组合，且具有钻石形状的长方体。

　　钙钛矿氧化物具有一些有趣的性质，根据不同的结构，它们可以实现超导和半导体的性质，使其成为可用于电气装置的有前途的材料。近几年来，他们一直被认为是一个潜在的可太阳能板中硅的材料：具有更便宜制造，提供同等效率等优点，就像一些硅基太阳能电池。

　　有机-无机杂化钙钛矿层由溶解有钙钛矿金属的卤化物和有机卤化铵溶液进行制备。这是一个相对便宜和简单的过程，可以提供一个廉价的基于硅的和其他发光二极管材料的替代。

　　然而，当得到的半导体薄膜可以发出鲜艳的颜色光，晶体形成的分子结构的膜太大，这使得他们效率低下，不稳定。

　　在他们的新论文中，Rand和他的团队报告，利用有机卤化铵的额外类型，特别是一个长链的卤化铵，作为在生产过程中的钙钛矿型解决方案，极大地约束了薄膜晶体的形成。相比之前的产生反感，由此产生的晶粒要小得多（约5-10纳米宽）且生成的卤化物钙钛矿薄膜要更薄更平滑。

　　这可实现更好的外部量子效率，这意味着没电子能量下发光二极管可发射更多的光子数进入设备。这种薄膜相比利用其它方法生产也更稳定。

　　明尼苏达大学材料科学与工程学教授Russell Holmes说，普林斯顿大学这项研究使钙钛矿型发光二极管接近商业化。

　　“他们的这种控制钙钛矿产生超平坦的纳米晶体薄膜的能力适合高效率的处理设备，”Holms说，他没有参与这项研究。“这种简便的可通用的处理方案可能会让其他钙钛矿活性材料和器件平台实现广泛的应用。”

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