钙钛矿基高效深红光发光二极管

来源：科匠学术

近年来，钙钛矿材料成为新一代的明星材料，其研究开发热潮大有超越石墨烯之势。西北工业大学柔性电子前沿科学中心黄维院士团队在钙钛矿材料基础上先后创造性地实现了其在信息显示、太阳电池、信息存储、X射线探测和信息通讯等领域的应用，先后在Nature、Nature Materials、Nature Photonics、Nature Electronics、Nature Energy、Nature Communications等世界顶尖期刊上发表了一系列创新性研究成果，引起了国际同行广泛关注。

由于全无机钙钛矿CsPbI3具有合适的带隙（~1.7 eV）和优异的热稳定性，在光伏电池、发光二极管等光电器件的研究中引起了广泛的兴趣。然而形成具有光电活性的黑相CsPbI3，一般需要高温退火（300 ~ 370 °C）以克服相转变所需要的能垒。同时在外界环境下，黑相CsPbI3很容易自发转变成不具有光电活性的黄相，从而限制了其在光电器件中的应用。前人的研究表明，在钙钛矿电池的前驱体溶液中加入氢碘酸可以有效降低成相温度，虽然其作用机制还存在争议性。但是针对发光应用而言，这种低温成相法制备的钙钛矿薄膜的缺陷偏高以及荧光量子效率低下（小于1 %），导致无法制备高性能发光二极管器件。另外，CsPbI3胶体量子点虽然可以实现高效的发光，但是高质量的量子点合成同样需要利用高温热注入过程，且后期需要复杂的配体处理。同时，量子点发光涉及激子过程，容易发生非辐射俄歇复合，进而导致发光器件在大电流下效率滚降，影响器件应用，成为一个世界性的难题。

近日，黄维院士、王建浦教授团队的伊昌副教授，创造性地提出通过中间相工程，调控相转变路径，低温制备可高效发光的CsPbI3薄膜的新思路。通过引入有机胺盐，在原位成膜过程中首先低温形成了一种中间相（一维或二维钙钛矿），随后在氧化锌基底吸质子作用下分解并与游离的铯离子发生离子置换，形成黑相CsPbI3。反应动力学研究表明，此类型的相转变路径具有普适性，并可以有效降低形成黑相CsPbI3所需要的活化能垒。这种低温制备的黑相CsPbI3薄膜具有很高的质量，荧光量子效率达到38%。制备的发光二极管外量子效率（EQE）达到10.4%，在100 mA cm-2大电流下EQE保持在8%，红光钙钛矿器件效率滚降得到明显抑制。

相关工作是与瑞典林雪平大学高峰教授课题组合作完成的，近日以“Intermediate-phase-assisted low-temperature formation of γ-CsPbI3 films for high-efficiency deep-red light-emitting devices”为题发表在Nature Communications杂志上。伊昌副教授和硕士研究生刘超为共同第一作者，通讯作者为黄维院士、王建浦教授和高峰教授。该研究工作得到了中国国家自然科学基金委员会以及欧洲研究委员会的经费支持。

Authors: Chang Yi†, Chao Liu†, Kaichuan Wen, Xiao-Ke Liu, Hao Zhang, Yong Yu, Ning Fan, Fuxiang Ji, Chaoyang Kuang, Bo Ma, Cailing Tu, Ya Zhang, Chen Xue, Renzhi Li, Feng Gao*, Wei Huang*, and Jianpu Wang*

Title: Intermediate-phase-assisted low-temperature formation of γ-CsPbI3 films for high-efficiency deep-red light-emitting devices

Published in: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-020-18380-1.