新技術(shù)將壓電—光電效應可將LED效能提升4倍

據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)10月31日報道，美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員利用氧化鋅納米線(xiàn)大幅提升了氮化鎵發(fā)光二極管（LED）將電流轉化為紫外線(xiàn)的效能。這個(gè)裝置被認為是首個(gè)通過(guò)壓電—光電效應在壓電材料中產(chǎn)生電荷，從而使自身性能大幅提升的LED。相關(guān)研究報告發(fā)表在近期出版的《納米快報》雜志上?！　⊥ㄟ^(guò)在納米線(xiàn)上施加機械應變，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(chēng)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(chǎn)生光子的速率，并通過(guò)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(xué)和工程系董事教授王中林表示，從實(shí)際情況來(lái)看，這個(gè)新效應可對光電過(guò)程產(chǎn)生諸多影響，包括提升照明裝置的能源效率等。傳統的LED一般使用量子阱等結構囚禁電子和空穴，這需要兩者長(cháng)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(cháng)，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％，但傳統的單p-n結點(diǎn)薄膜LED的外部效率卻只有3％。

　　新裝置內的氧化鋅納米線(xiàn)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(gè)界面區域內。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(diǎn)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(guò)了傳統LED的外量子效率。

　　研究小組制成的LED能發(fā)出波長(cháng)約為390納米的紫外線(xiàn)，但王中林教授認為未來(lái)可延伸至可見(jiàn)光范圍，適用于各類(lèi)光電設備。目前，高效的紫外線(xiàn)發(fā)射器在化學(xué)、生物、航空航天、軍事和醫療技術(shù)領(lǐng)域都有需要。

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