提高鈣鈦礦薄膜穩(wěn)定性和光學(xué)性能的新方法

鈣鈦礦led (PeLEDs)是一種新興的發(fā)光技術(shù)，具有制造成本低、光質(zhì)量高和能源效率高的優(yōu)點(diǎn)。金屬鹵化物(指金屬與氯、溴或碘的化合物)鈣鈦礦由于其具有飽和發(fā)射色和易調(diào)色等優(yōu)異的光學(xué)性能，近年來作為一種有前景的溶液處理led材料受到了廣泛關(guān)注。

特別是，基于無機(jī)銫離子的鈣鈦礦，即CsPbX3(其中X可以是氯、溴和碘)，與有機(jī)-無機(jī)“雜化”金屬鹵化物鈣鈦礦相比，表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而可能為高性能led提供合理的操作穩(wěn)定性。但以往的無機(jī)pelds由于鈣鈦礦晶粒尺寸較大，其電致發(fā)光性能較差。

現(xiàn)在，中國城市大學(xué)和上海大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種高效的制備方法，使無機(jī)鈣鈦礦薄膜的性能和穩(wěn)定性大大提高。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在科學(xué)雜志《自然通訊》的最新一期(2019年10月665日)上，題為“三氟醋酸鹽誘導(dǎo)小顆粒CsPbBr3鈣鈦礦薄膜產(chǎn)生高效穩(wěn)定的發(fā)光器件”。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在一步溶液涂層中使用三氟乙酸銫(TFA)作為銫源，而不是常用的溴化銫(CsBr)，可以快速結(jié)晶小晶粒CsPbBr3鈣鈦礦晶體，形成光滑無針孔的鈣鈦礦薄膜。這是因?yàn)镃sPbX3前驅(qū)體溶液中TFA-陰離子與Pb2+陽離子的相互作用，大大提高了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶速度，抑制了表面缺陷。

結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)成功地制造出了基于這些薄膜的高效穩(wěn)定的綠色peled，最大電流效率為32.0 cd a -1，對(duì)應(yīng)的外部量子效率為10.5%——這一水平在現(xiàn)有的peled中被普遍認(rèn)為是令人滿意的。

更重要的是，基于這些薄膜的全無機(jī)鈣鈦礦led顯示了創(chuàng)紀(jì)錄的使用壽命。在初始亮度為100 cd m-2時(shí)，其半衰期超過250小時(shí)，與csbr衍生的PeLED相比，其工作壽命提高了17倍。

“我們的研究表明，通過簡(jiǎn)單的晶界優(yōu)化，高顏色純度和低成本的全無機(jī)鹵化鉛鈣鈦礦薄膜可以開發(fā)成高效穩(wěn)定的led，”城市大學(xué)光子材料講座教授安德烈·羅格奇(Andrey Rogach)說，他是該論文的通信作者之一。

他補(bǔ)充說:“我預(yù)見到這類薄膜具有巨大的應(yīng)用潛力，因?yàn)樗鼈円子谥圃欤铱梢酝ㄟ^印刷輕松沉積，以實(shí)現(xiàn)各種光電器件?！?/p>

該論文的另一位通信作者是上海大學(xué)的楊旭勇教授。第一作者是上海大學(xué)的王浩然和曾在城市大學(xué)做訪問研究員、現(xiàn)在吉林大學(xué)做博士后的張曉宇。

審核編輯：湯梓紅