照明領(lǐng)域半導(dǎo)體材料的新突破

固態(tài)照明（SSL）技術(shù)由于其在節(jié)能和減少環(huán)境污染方面的優(yōu)勢，正逐漸取代傳統(tǒng)的照明光源。因此，開發(fā)可應(yīng)用在SSL設(shè)備的高性能發(fā)光材料成為近十年來的一個非常熱門的研究方向。這些發(fā)光材料可作為發(fā)光二極管（LEDs）或有機發(fā)光二極管（OLEDs）的熒光粉或發(fā)射層。本綜述簡要總結(jié)了近年來不同種類的具有優(yōu)越發(fā)光性能的無機-有機雜化半導(dǎo)體材料最新研究進展，并探討其在節(jié)能發(fā)光照明領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

研究背景：

近年來，能源與環(huán)境問題日益嚴峻，開發(fā)新能源材料成為材料研究的重點。提高能源效率的最有效方法是用更高效的替代品取代傳統(tǒng)的高能耗技術(shù)。用于照明的固態(tài)照明（SSL）技術(shù)，包括發(fā)光二極管（LED）和有機發(fā)光二極管（OLED），比傳統(tǒng)照明設(shè)備的效率和壽命要高得多。由于通用照明在全球能源消耗中占有相當大的比重，SSL在照明和顯示行業(yè)掀起了一場革命，被廣泛認為是未來的照明技術(shù)。熒光材料是LED和OLED不可缺少發(fā)光部件。目前商業(yè)化的熒光材料有多種，但其普遍含有稀土金屬元素。稀土元素的開采和提煉，尤其是在利益的驅(qū)使下出現(xiàn)大量非法開采對環(huán)境造成了嚴重的損害，同時也存在著巨大的安全隱患。由于這些原因，開發(fā)新型的性能更優(yōu)越的發(fā)光照明材料仍具有重要意義。

無機-有機雜化半導(dǎo)體材料是一類由無機半導(dǎo)體材料和有機配體通過化學鍵結(jié)合形成的從零維到三維的雜化結(jié)構(gòu)。由于這類雜化材料結(jié)構(gòu)中既有無機組分也有有機組分，因此其不僅具有原無機半導(dǎo)體材料所具有的光、電、磁等性能，也兼具了有機組分的柔性、可溶性和可調(diào)節(jié)性等。此外，通過無機組分和有機組分的融合這類半導(dǎo)體材料又會衍生出新的性能。在過去的幾十年里，多個雜化半導(dǎo)體材料體系被開發(fā)，其光電性能不斷的被發(fā)掘，已成為太陽能電池和節(jié)能照明領(lǐng)域的研究熱點（圖1）。其中很多材料有望發(fā)展成為商業(yè)化熒光材料的無稀土元素的替代品而應(yīng)用于固態(tài)節(jié)能照明領(lǐng)域。

圖1.無機-有機雜化半導(dǎo)體材料及其在新能源領(lǐng)域應(yīng)用示意圖

內(nèi)容簡介：

1.綜述了近年來一些重要的無機-有機雜化熒光半導(dǎo)體材料的研究進展

無機-有機雜化半導(dǎo)體材料很早就有報道且種類結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣?；谄錈o機組分的不同，可對其進行簡單直接的分類。本文主要介紹五類基于二元無機半導(dǎo)體的雜化材料，它們是基于（1）IB-VIA，（2）IIB-VIA，（3）IB-VIIA，（4）IVA-VIIA，and（5）VA-VIIA族半導(dǎo)體的雜化材料。這五大類中一些具有代表性的雜化材料在本文中被詳細介紹，并對其光物理性質(zhì)進行了歸納總結(jié)，展示其在節(jié)能照明領(lǐng)域中的應(yīng)用。

圖2.無機-有機雜化材料發(fā)展的重要里程。

2.討論了無機-有機雜化熒光半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計策略和發(fā)光機理

本文總結(jié)了無機-有機雜化熒光半導(dǎo)體材料的設(shè)計合成策略，通過對傳統(tǒng)水熱、溶劑熱方法的改進，可實現(xiàn)這類材料的可控性合成和綠色合成。同時深入探討了無機-有機雜化半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能之間的構(gòu)效關(guān)系，討論了材料的優(yōu)化改性設(shè)計策略和發(fā)光機理。針對不同類型的雜化材料，總結(jié)多種對雜化材料進行優(yōu)化改性的方法和技術(shù)，以提高這類材料發(fā)光效能和穩(wěn)定性，延長器件的使用壽命。

3.無機-有機雜化熒光半導(dǎo)體材料研究展望

雖然雜化材料中部分成員表現(xiàn)出非常卓越的發(fā)光性能，但它們商業(yè)化熒光粉相比依舊存在著差距。設(shè)計和合成新一代照明材料仍然是一項非常重要但具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。一種理想的照明材料應(yīng)該是由地球上儲量豐富且價格低廉的元素組成，接近100%的量子效率和極高的穩(wěn)定性。由于目前的白光熒光粉通常會發(fā)出“冷”白光，因此對高效的紅光材料的需求不斷增加。將理論研究與實驗研究結(jié)合起來，是設(shè)計開發(fā)高性能雜化熒光粉材料的重要手段。