近日，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LED將電流轉(zhuǎn)化為紫外線的效能。
通過在納米線上施加機械應(yīng)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(diào)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(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)光強度和增加注入電流，加強設(shè)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(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(nèi)部量子效率能達到80%，但傳統(tǒng)的單p-n結(jié)點薄膜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)光強度提升17倍，令結(jié)點電流增強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(shè)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(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器件上。
