超柔單色光源驅(qū)動(dòng)的自供電鈣鈦礦光電世界

來源：上海冪方電子科技有限公司      分類：科技文獻(xiàn) 2025-03-21 10:00:12 23閱讀次數(shù)

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研究背景

然而，皮膚光電子學(xué)中的有機(jī)器件有其固有的性能限制，并不總能滿足特定系統(tǒng)的要求。例如雖然超柔性 OPV 可有效利用低強(qiáng)度環(huán)境光供電但據(jù)報(bào)道其最高功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)僅為 15.8%。因此，要達(dá)到理想的功率輸出，需要相對(duì)較大的光伏布局面積。另一方面，超柔性有機(jī)發(fā)光二極管或聚合物發(fā)光二極管通常會(huì)產(chǎn)生寬帶電致發(fā)光 (EL)，但由于超薄襯底的法布里-佩羅特(FP)干擾，EL不可避免地會(huì)出現(xiàn)光譜失真。這對(duì)于許多應(yīng)用(如皮膚顯示屏和光敏血壓計(jì) (PPG))來說是非常不可取的，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生與角度和彎曲有關(guān)的色度，并大大增加背景噪聲。

研究成果

在超薄聚合物薄膜上制造的自供電皮膚光電元件正在成為下一代物聯(lián)網(wǎng)(IT)技術(shù)中最有前途的元件之一。然而，由于聚合物基底的加工溫度較低，器件性能不佳是一個(gè)長(zhǎng)期存在的難題。此外，基于有機(jī)或聚合物半導(dǎo)體的寬帶電致發(fā)光(EL)不可避免地受到基板彎曲時(shí)Fabry-Pérot (FP)干擾造成的周期性光譜畸變的影響，從而阻礙了其高級(jí)應(yīng)用。在此，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Chih-Jen Shih教授等人利用溶液加工的鈣鈦礦半導(dǎo)體，展示了集成高性能太陽能電池和單色發(fā)光二極管的超柔性表皮光電子技術(shù)。在具有高熱穩(wěn)定性的超薄聚合物襯底上展示了 n-i-p 鈣鈦礦太陽能電池和鈣鈦礦納米晶體發(fā)光二極管(PNC-LED)，其功率轉(zhuǎn)換效率和電流效率分別為 18.2%和 15.2 cdA^-1，創(chuàng)下了超柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高效率紀(jì)錄。最大半峰寬為 23 nm的窄帶 EL成功消除了 F 干擾，即使在 50% 的機(jī)械壓縮條件下也能產(chǎn)生對(duì)彎曲不敏感的光譜。使用我們的皮膚光電設(shè)備進(jìn)行的光搏動(dòng)成像顯示，在 87bpm 脈沖下，信號(hào)選擇性高達(dá) 98.2%。本文介紹的結(jié)果為可穿戴顯示屏和室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)傳感器等自供電應(yīng)用中的廉價(jià)高性能超薄光電子技術(shù)鋪平了道路。相關(guān)研究以“Indoor Self-Powered Perovskite Optoelectronics with Ultraflexible Monochromatic Light Source”為題發(fā)表在Advanced Materials期刊上。

圖文導(dǎo)讀

Figure 1. Self-powered skin optoelectronics integrating high-efficiency solar cells and monochromatic LEDs using perovskite semiconductors.

 

Figure 2. Fabrication and characteristics of ultraflexible perovskite solar cells powering skin optoelectronics.

 

Fig. 3 Ultraflexible perovskite nanocrystal LEDs demonstrating bending insensitive monochromatic electroluminescence.

 

Fig. 4 Pulse-plethysmography (PPG) sensing using a monochromatic PNC-LED as light source.

 

Fig. 5 Demonstration of a self-powered ultraflexible skin optoelectronic system.

總結(jié)與展望

在本工作中，作者開發(fā)了利用溶液加工鈣鈦礦半導(dǎo)體制造超柔性自供電光電元件的材料和工藝。這里展示的超柔性鈣鈦礦太陽能電池和 PNC-LED 都達(dá)到了最先進(jìn)的效率，其中太陽能電池的效率更是創(chuàng)下了新高。特別是成功消除了由超薄基底引起的 FP 干擾所導(dǎo)致的單色窄帶EL 光譜失真，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)彎曲不敏感的光源。已經(jīng)展示了使用我們的超柔性單色 LED進(jìn)行高選擇性 PPG 測(cè)量，以及在室內(nèi)照明條件下為凈零能耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供自供電超柔性光源。相信，本文介紹的工程策略和材料加工方法將極大地促進(jìn)超薄聚合物薄膜皮膚光電技術(shù)的發(fā)展。

文獻(xiàn)鏈接

https://doi.org/10.1002/adma.202304604

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