黃維院士團隊非鉛鈣鈦礦又發頂刊

NSCD 3個月前 (07-18) 1077瀏覽

  • 【導讀】

鉛基鈣鈦礦發光二極管雖然具有優秀的發光性能和效率，但是由鉛離子的毒性、生物積累和不可降解所產生的環境問題難以解決。因此，發展新型的、具有優異性能的非鉛鈣鈦礦是目前研究的熱點。其中，錫基鈣鈦礦材料因錫離子具有與鉛離子類似的電子構型和離子半徑，是替代鉛基鈣鈦礦的最佳候選者。然而，目前的錫基鈣鈦礦發光二極管效率較低，難以滿足商用應用。

  • 【成果掠影】

近日，南京工業大學黃維院士、王娜娜教授和王建浦教授團隊在Nature Photonics上發表了新的研究論文，通過在錫基鈣鈦礦前驅體中加入適當的添加劑，可以抑制發光猝滅，從而獲得高量子效率的發光二極管。在本項研究中，作者首先通過原位光譜手段探明了錫基鈣鈦礦發光淬滅的主要原因是錫基鈣鈦礦成膜過程中鈣鈦礦納米團簇的快速團聚所伴隨產生的大量缺陷所致。為解決這一問題，作者在錫基鈣鈦礦前驅體中加入了能夠與SnI2形成強化學鍵的添加劑（苯乙胺氫碘酸鹽，PEAI，維生素 B1，VmB1）從而實現了對錫基鈣鈦礦薄膜生長的調控，制備出了形貌規則、結晶良好的具有低缺陷密度的錫基鈣鈦礦薄膜。該低密度薄膜的最高發光量子效率可達34%（激發功率密度：~200 mW/cm2），平均發光量子效率為29±3%。基于此低密度鈣鈦礦薄膜制備的冠軍紅外發光二極管（發射峰894 nm）的外量子效率達到8.3%，平均外量子效率為6.5%，證明了該種方法良好的重復性。相關研究文章以“Additive treatment yields high-performance lead-free perovskite light-emitting diodes”為題發表在Nature Photonics上。

  • 【核心創新點】

利用原位光譜手段、電子顯微學等手段探明了錫基鈣鈦礦薄膜發光效率低的原因，通過添加劑優化鈣鈦礦薄膜的結晶和生長，制備出了低缺陷密度的錫基鈣鈦礦薄膜并獲得了高效率的發光二極管。

  • 【數據概覽】

圖1.?旋涂過程中錫基鈣鈦礦薄膜的原位光譜。?2023 Springer Nature

圖2.?不同添加劑下錫基鈣鈦礦薄膜的表征。?2023 Springer Nature

圖3.?在不添加和添加PEAI-VmB1時FA0.9Cs0.1SnI3薄膜生長示意圖。?2023 Springer Nature

圖4.?在PEAI和添加比例為0.15的VmB1共同添加時所獲得的FA0.9Cs0.1SnI3鈣鈦礦發光二極管的性能表征。?2023 Springer Nature

  • 【成果啟示】

通過添加劑抑制了錫基鈣鈦礦薄膜結晶過程中缺陷的生成，顯著提升了錫基鈣鈦礦發光二極管的性能，為錫基鈣鈦礦器件的研究提供了新的思路。進一步評估基于該種方法制備的鈣鈦礦器件在不同條件下穩定性將推動錫基鈣鈦礦的應用。

 

原文詳情：Hao Min, Jin Chang, Yunfang Tong, Jiaqi Wang, Fang Zhang, Ziqian Feng, Xiaoying Bi, Nana Chen, Zhiyuan Kuang, Saixue Wang, Lingzhi Yuan, Haokun Shi, Nian Zhao, Dongmin Qian, Shuang Xu, Lin Zhu, Nana Wang, Wei Huang & Jianpu Wang.Additive treatment yields high-performance lead-free perovskite light-emitting diodes, Nature Photonics, 2023.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-023-01231-y

 

本文由NSCD供稿。 ???

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