近日，山東大學前沿交叉科學青島研究院新能源材料超快動力學研究團隊在單組分白光發光二極管（LED）應用研究方面取得重要進展，研發出一種低成本、環境友好的新型暖白光銅基金屬鹵化物熒光材料，獲得國家發明專利授權（專利號202111361100.3）。
以該新型材料開展的相關研究成果以“Organic-Inorganic Hybrid Cuprous-Based Metal Halides for Warm White Light-Emitting Diodes”為題發表在國際知名期刊《Advanced Science》上（影響因子17.521）。
據美國能源資訊管理局報告稱，如果用發光二極管（LED）完全取代白熾燈泡，預計到2030年可以降低全球40%以上的照明能耗。白光LED分為冷白光和暖白光兩種類型，其中室內照明多以暖白光為主。
然而，目前絕大多數白光LED技術主要依靠多組分熒光疊加的方式產生白光，因此很容易出現顯色性差、發光效率低、有害藍光成分高、白光光譜不連續等問題。開發單組分、高性能熒光材料被認為是解決以上問題的關鍵。但目前報導的單組分暖白光材料還非常少，國際上相關電致發光器件的研究仍處於空白狀態。
針對以上問題，研究團隊設計並開發了一種地球資源豐富且不借助任何摻雜即可產生強暖白光的銅基金屬鹵化物—MA2CuCl3 （MA = CH3NH3+）。研究團隊製備的MA2CuCl3單晶具有寬頻帶暖白光發射特性且熒光量子產率高達97%。
值得一提的是，該材料常溫發光壽命比之前報導的絕大多數非鉛鈣鈦礦還要長。研究發現，MA2CuCl3擁有異常強的激子-聲子耦合作用和高度局域化的空穴分佈，這為該類材料優異的發光特性奠定了結構基礎。
進一步地，研究團隊通過對合成方法的探索和優化，成功獲得厘米級高品質單晶，這使得大面積單晶器件的製備成為可能。
在以上研究的基礎上，團隊提出了一種新型醇類溶劑制膜策略，接著通過對器件結構的合理設計和薄膜形貌的優化，成功製備了MA2CuCl3暖白光LED，其最大亮度達到54 cd/m2，最大外量子效率為0.04%。
研究團隊也嘗試利用MA2CuCl3粉末製備了熒光粉LED，在5.3 V的驅動電壓下，器件的亮度達到5500 cd/m2，最高外量子效率為0.6%。以上研究成果為單組分暖白光LED材料和器件研究拓展了思路，同時該項工作也為其他金屬鹵化物熒光材料的電致發光應用提供了新的指導和借鑒。
上述工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金和山東大學齊魯青年學者基金的聯合資助。山東大學為該工作的第一完成單位，2020級碩士研究生孟璇為第一作者，劉鋒研究員為通訊作者。
（來源：山東大學前沿交叉科學青島研究院）
