理大研發超穩定鈣鈦礦LED 亮度破紀錄應用前景極佳

鈣鈦礦材料對於提升發光二極管（LED）的應用性能非常重要，但在整體提升器件的效率、亮度與使用壽命方面仍然存在技術局限，其運行穩定性是一大技術難題。香港理工大學（理大）科研團隊在這方面取得重大突破，研發出「三維FAPbI3鈣鈦礦LED系統」，能同時實現高亮度、高效率與超長使用壽命。

理大電機及電子工程學系鍾士元爵士可再生能源教授暨能源轉換技術講座教授李剛教授，與博士後研究員李質奇博士、研究助理教授任志偉博士及團隊，利用依賴烷基鏈長度的銨鹽分子調節策略設計了一項嶄新技術。團隊利用烷基銨鹽管理晶體定向、控制晶粒尺寸、抑制非輻射重組，藉以提升器件性能。這項技術證實可以同時達到高效率、高亮度與超長壽命，為鈣鈦礦LED的未來應用與商業化具重大意義。

研究團隊成功製造出高效、亮度極高且非常穩定的鈣鈦礦LED，外部量子效率高達23.2%，亮度與使用壽命均刷新紀錄，前者達到1,593 W sr⁻¹ m⁻²，後者在高電流密度嚴苛環境下可達227小時（100 mA cm⁻²），為直流電驅動的近紅外鈣鈦礦LED在兼顧亮度與穩定性方面取得最佳性能。這項研究以《通過晶粒定向管理與重組抑制達成亮度破紀錄的超穩定鈣鈦礦LEDs》為題已刊登於國際能源期刊《Joule》。 

李剛教授表示：「研究顯示鈣鈦礦LED的高效率不僅限於實驗室環境，該技術在商用高亮度照明與資訊畫面顯示方面亦有很好的應用前景，有望媲美商用量子點LED及有機LED。」

研究團隊發現，定向結晶過程、晶粒尺寸控制與非輻射重組抑制之間的平衡，對鈣鈦礦LED的性能影響深遠。要解決這個難題，關鍵在於調節長鏈烷基銨鹽與鈣鈦礦核之間的分子交互作用。

烷基銨可以促進照明用鈣鈦礦薄膜的定向結晶過程，而烷基銨與鈣鈦礦之間的分子交互作用，亦會影響鈣鈦礦LED的性能。值得注意的是，研究團隊已成功利用長鏈烷基銨鹽的分子工程調節結晶化速率。即使在高電流密度的嚴苛環境下，這項創新技術也能生產出具超長穩定性、高效率、高亮度的近紅外鈣鈦礦LED。

鈣鈦礦LED擁有多項優勢，例如顏色純、顯示色域廣、成本效益高，而且可以印刷加工，使生產更加靈活。研究團隊的發現對推動鈣鈦礦LED的發展與技術突破有極大貢獻。

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