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壓電—光電效應(yīng)可將LED效能提升4倍

激光制造商情 來源:中國科學(xué)院2011-11-16 我要評論(0 )   

美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員利用氧化鋅納米線大幅提升了氮化鎵發(fā)光二極管( LED )將電流轉(zhuǎn)化為紫外線的效能。這個(gè)裝置被認(rèn)為是首個(gè)通過壓電光電效應(yīng)在壓電材料中產(chǎn)生...

美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員利用氧化鋅納米線大幅提升了氮化鎵發(fā)光二極管(LED)將電流轉(zhuǎn)化為紫外線的效能。這個(gè)裝置被認(rèn)為是首個(gè)通過壓電—光電效應(yīng)在壓電材料中產(chǎn)生電荷,從而使自身性能大幅提升的LED。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《納米快報(bào)》雜志上。

通過在納米線上施加機(jī)械應(yīng)變,佐治亞理工學(xué)院的研究人員在其中制造了壓電電勢。該電勢被用于調(diào)整電荷的傳輸,并加強(qiáng)LED的載子注入。這種壓電電勢對于光電設(shè)備的控制被稱為壓電—光電效應(yīng)。這一效應(yīng)可增加電子和空穴重新結(jié)合以產(chǎn)生光子的速率,并通過提升發(fā)光強(qiáng)度和增加注入電流,加強(qiáng)設(shè)備的外部效能,使其提升4倍之多。

該校材料科學(xué)和工程系董事教授王中林表示,從實(shí)際情況來看,這個(gè)新效應(yīng)可對光電過程產(chǎn)生諸多影響,包括提升照明裝置的能源效率等。傳統(tǒng)的LED一般使用量子阱等結(jié)構(gòu)囚禁電子和空穴,這需要兩者長時(shí)間保持足夠靠近以進(jìn)行重組。電子和空穴靠近的時(shí)間越長,LED裝置的效率就越高。雖然一般LED的內(nèi)部量子效率能達(dá)到80%,但傳統(tǒng)的單p-n結(jié)點(diǎn)薄膜LED的外部效率卻只有3%。

新裝置內(nèi)的氧化鋅納米線構(gòu)成了p-n結(jié)的n,氮化鎵薄膜則可作為其中的p。自由載子將被囚禁在這個(gè)界面區(qū)域內(nèi)。壓電—光電效應(yīng)可在對設(shè)備施加0.093%壓應(yīng)力的情況下,使發(fā)光強(qiáng)度提升17倍,令結(jié)點(diǎn)電流增強(qiáng)4倍,從而使光電轉(zhuǎn)化率提高約4.25倍。而在合適外應(yīng)力的作用下,新裝置的外部效率可達(dá)到#p#分頁標(biāo)題#e#7.82%,大大超過了傳統(tǒng)LED的外量子效率。

研究小組制成的LED能發(fā)出波長約為390納米的紫外線,但王中林教授認(rèn)為未來可延伸至可見光范圍,適用于各類光電設(shè)備。目前,高效的紫外線發(fā)射器在化學(xué)、生物、航空航天、軍事和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域都有需要。

王中林教授還表示,此次研究開辟了利用壓電—光電效應(yīng)調(diào)整光電設(shè)備的新領(lǐng)域。大幅提升LED照明設(shè)備的效率有望帶來可觀的能源節(jié)約,這對于在綠色和可再生能源技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用而言十分重要,此外,這一發(fā)現(xiàn)還能應(yīng)用于其他由電場控制的光學(xué)器件上。

 

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