國際首次！錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管效率提升至8.3%

(資料圖)

記者4日從南京工業(yè)大學(xué)獲悉，中國科學(xué)院院士黃維帶領(lǐng)南工大柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院王建浦教授研究團隊在環(huán)境友好型鈣鈦礦發(fā)光二極管方面取得重大突破，在國際上首次將錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管效率提升至8.3%。相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》。

有無添加劑的錫基鈣鈦礦薄膜在旋涂過程中的原位熒光光譜，以及結(jié)晶生長示意圖。受訪者供圖

“金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光電性質(zhì)和可溶液加工特性，在太陽能電池、發(fā)光二極管、光電探測器等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，高效鈣鈦礦發(fā)光二極管目前仍以環(huán)境不太友好的鉛基鈣鈦礦為主，這會限制其實際應(yīng)用。”論文通訊作者、南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院王娜娜教授說，近年來，團隊一直致力于開發(fā)環(huán)境友好的錫基鈣鈦礦材料，通過反溶劑輔助結(jié)晶、溶劑氛圍調(diào)控結(jié)晶等方法來改善錫基鈣鈦礦的薄膜質(zhì)量，相繼將錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率提高到3%和5.3%，但是器件性能仍遠低于鉛基器件，這主要是由于錫基鈣鈦礦的結(jié)晶速度過快導(dǎo)致形成的薄膜缺陷態(tài)較多，而缺陷態(tài)往往是發(fā)光猝滅中心，使得器件發(fā)光效率難以提升。

為了解決這個世界難題，該團隊通過原位光譜表征技術(shù)，發(fā)現(xiàn)錫基鈣鈦礦薄膜生長初期（10秒內(nèi)）晶粒的快速聚集是缺陷態(tài)形成的主要原因。團隊另辟思路，摒棄原先“邊制膜邊完善”的思路，直接從源頭即錫基鈣鈦礦薄膜生長初期進行干預(yù)。

“如果將錫基鈣鈦礦薄膜比作一張煎餅，那么，原先的反溶劑輔助結(jié)晶方法就像是在一張不均勻攤制而成的‘煎餅’上附加作用力，讓‘煎餅’更平整；溶劑氛圍調(diào)控結(jié)晶方法則是通過控制環(huán)境讓‘煎餅’更均勻。”論文共同第一作者、南京工業(yè)大學(xué)副教授常進介紹，團隊嘗試在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入與碘化亞錫等組分有強化學(xué)作用的一類添加劑，有效抑制鈣鈦礦晶粒的快速聚集，減少鈣鈦礦晶體生長過程中發(fā)光猝滅中心的形成，使得晶粒更加有序地“集結(jié)”。

研究發(fā)現(xiàn)，基于這一方法構(gòu)筑的錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管器件外量子效率達到8.3%，是目前錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管的最高效率，為實現(xiàn)更高性能的錫基鈣鈦礦光電器件提供了全新的思路和途徑。

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