中科院长春应化所与日本九州大学研究出低成本钙钛矿激光器

2020-09-09 15:34

钙钛矿具有成本低、颜色可调、稳定性好等优点，已逐渐成为激光材料的研究热点。但钙钛矿激光仍然存在缺点：在长时间工作下容易熄灭。近日，来自中国科学院长春应用化学研究所和日本九州大学组成的一组国际合作团队开发了一种新型低成本基于钙钛矿的激光器，室温下能够持续输出激光1小时。

论文第一作者秦川江表示：“阻碍有机半导体连续激光的因素主要是其固有的三重态激子特性，但对于准二维钙钛矿激光器，人们还没有认识到三重态激子的影响。”

图片来源：中国科学院长春应用化学研究所

当正电荷和负电荷聚集在一起形成一个高能态时，激子就会出现。激子经常出现在有机半导体中，通常分为单重态激子和三重态激子，三重态激子几乎不可能发光。

研究人员在材料中发现三重态激子寿命可长达1微秒时，他们开始将研究重点转向三重态激子，认为三重态激子是导致激光熄灭的原因。

秦川江表示：“三重态激子不发光，但倾向于与发光的单重态激光相互作用，导致两者都失去能量而不发光。因此，如果三重态激子存在于钙钛矿中，我们可能需要将它们移开，以免它们干扰激光。”

研究人员在钙钛矿中加入了一个有机层，令三重态激子处于低能量状态。由于激子想要移动到较低的能量，长寿命的三态激子从钙钛矿的发光部分转移到有机层，从而减少了损失，并允许在恒定的光激发下不间断地输出激光。研究人员还发现，他们可以通过重新设计系统，使钙钛矿层暴露在空气中，从而实现连续激光，因为氧气可以淬灭三重态激子，进一步证实了三重态激子是导致激光熄灭的原因。

通过这些设计，激光器在相对湿度为55％的空气中连续工作1小时后，激光强度基本没有变化，发射光谱也没有移动。

九州大学有机光子学及电子学研究中心的Chihaya Adachi表示：“这些新发现将为未来开发基于钙钛矿的新型电动激光器铺平道路，这种激光器成本低，易于制造。”

研究发布在《自然》杂志上。