新型添加剂分子制备的近红外钙钛矿LED器件外量子效率达22.2%
发布时间:2021-09-23 10:41:54 文章来源: 中国科学报
日前,中科院院士黄维和南京工业大学教授王建浦、王娜娜团队基于对添加剂诱导结晶过程的研究,设计出具有氨基和羧基双官能团的新型添加剂分...

日前,中科院院士黄维和南京工业大学教授王建浦、王娜娜团队基于对添加剂诱导结晶过程的研究,设计出具有氨基和羧基双官能团的新型添加剂分子,制备的红外钙钛矿发光二极管(LED)器件外量子效率(电转化成光的量子效率)达22.2%,刷新了红外钙钛矿LED的效率纪录。研究成果日刊登于《自然—通讯》。

金属卤化物钙钛矿材料被认为是最有前途的半导体材料之一,在LED、太阳能电池和激光器等领域有着广泛的应用前景。在钙钛矿光电器件领域,引入添加剂进行缺陷钝化是实现高质量钙钛矿材料的有效策略,然而目前关于添加剂对钙钛矿晶体形成过程的影响还缺乏深入理解。

该研究团队通过研究发现,钙钛矿的结晶过程是由添加剂与前驱体溶液中的甲酰胺碘(FAI)相互作用决定的。

王娜娜表示,含氨基的添加剂能与FAI形成中间结构,使前驱体中游离的FAI耗尽,这有利于溶液法制备薄膜初期从溶液表面垂直向下生长钙钛矿晶体,最终在退火过程(也就是高温加热使薄膜中液体挥发掉的过程)中,形成结晶高、晶界少的垂直取向钙钛矿晶体。相反,与甲酰胺碘相互作用较弱的添加剂则对结晶过程的影响较小,主要是钝化卤化物空位的缺陷,填补晶体上一些缺失部位。

基于这一认识,研究人员设计了具有氨基和羧基双官能团的新型添加剂分子,制备的红外钙钛矿LED器件外量子效率达22.2%,再次刷新了钙钛矿LED的效率纪录。

该研究还给出了一种添加剂筛选的普适方法,对实现高能钙钛矿光电器件具有重要意义,“我们的研究表明,选择添加剂,一方面需要具有可以钝化缺陷的官能团,另一方面需要具有类似氨基的官能团使钙钛矿晶体垂直取向生长,以使晶体生长的质量更高。” 王建浦说。(记者温才妃 通讯员周伟)

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