近日，南京工业大学柔性电子（未来技术）学院研究团队在环境友好型钙钛矿发光二极管方面取得重大突破，在国际上首次将锡基近红外钙钛矿发光二极管外量子效率提升至11.6%，相关研究成果发表在《自然—纳米技术》上。
锡基钙钛矿具有环境友好、维度可调和光电特性优异等优点，是替代传统铅基钙钛矿的理想材料之一，然而，目前锡基钙钛矿光电器件性能远落后于铅基钙钛矿器件。“三维钙钛矿结晶速度过快导致薄膜缺陷密度高，而准二维钙钛矿体异质结存在大量的异质维度界面，不利于载流子的高效辐射复合。”南京工业大学教授王建浦指出，近年来，科研人员在开发环境友好的锡基钙钛矿材料中还遇到不少瓶颈，“尽管传统的外延生长方法可获得低缺陷、单一界面的高质量二维/三维钙钛矿异质结，但是复杂苛刻的制备工艺，限制了其在大面积钙钛矿薄膜及器件中的应用。”
为此，该研究团队开发了简便的一步溶液外延生长方法，通过简单旋涂制备出可大面积化的高质量二维/三维锡基钙钛矿异质双层薄膜。南京工业大学副教授常进介绍道，研究团队基于前驱体溶液的化学调控，实现三维和二维锡基钙钛矿的自发分步结晶，“和湖水结冰时水面先结冰现象类似，在溶剂挥发和添加剂的共同作用下，三维钙钛矿先在溶液表面结晶，随后在加热退火过程中，二维钙钛矿再以三维钙钛矿为模板缓慢向下生长，最终两者像‘焊接’过一样，牢牢地贴合在一起。”
实验结果显示，基于这一方法构筑的锡基近红外钙钛矿发光二极管外量子效率达到11.6%，刷新了该团队前期保持的世界效率纪录8.3%。该研究在国际上首次利用一步旋涂法实现了大面积外延生长的高质量锡基钙钛矿薄膜，突破了传统外延方法在大面积器件制备方面的局限性，不仅为进一步提升锡基钙钛矿发光二极管器件性能提供了全新的思路和方法，而且对制备高质量钙钛矿半导体材料和推动钙钛矿光电子领域的快速发展也具有重要意义。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-023-01588-9
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