壓電-光電效應可將LED效能提升4倍

據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)10月31日報道，美國佐治亞理工學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）將電流轉化為紫外線的效能。這個裝置被認為是首個通過壓電—光電效應在壓電材料中產生電荷，從而使自身性能大幅提升的LED。相關研究報告發(fā)表在近期出版的《納米快報》雜志上。

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

該校材料科學和工程系董事教授王中林表示，從實際情況來看，這個新效應可對光電過程產生諸多影響，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構囚禁電子和空穴，這需要兩者長時間保持足夠靠近以進行重組。電子和空穴靠近的時間越長，LED裝置的效率就越高。雖然一般LED的內部量子效率能達到80%，但傳統(tǒng)的單p-n結點薄膜LED的外部效率卻只有3%。

新裝置內的氧化鋅納米線構成了p-n結的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界面區(qū)域內。壓電—光電效應可在對設備施加0.093%壓應力的情況下，使發(fā)光強度提升17倍，令結點電流增強4倍，從而使光電轉化率提高約4.25倍。而在合適外應力的作用下，新裝置的外部效率可達到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，但王中林教授認為未來可延伸至可見光范圍，適用于各類光電設備。目前，高效的紫外線發(fā)射器在化學、生物、航空航天、軍事和醫(yī)療技術領域都有需要。

王中林教授還表示，此次研究開辟了利用壓電—光電效應調整光電設備的新領域。大幅提升LED照明設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領域的應用而言十分重要，此外，這一發(fā)現(xiàn)還能應用于其他由電場控制的光學器件上。（來源：科技日報 張巍巍）