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新技術(shù)錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管效率提升至8.3%
南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院教授王建浦研究團(tuán)隊(duì)在環(huán)境友好型鈣鈦礦發(fā)光二極管方面取得重大突破。該團(tuán)隊(duì)基于科學(xué)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(dá)到8.3%，是目前錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管的最 高效率，為實(shí)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。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然—光子學(xué)》上。
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。 課題組供圖
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(shí)際應(yīng)用。
南工大柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院教授王娜娜表示，近年來，該團(tuán)隊(duì)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(yuǎn)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(tuán)隊(duì)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。他們摒棄原先“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(jìn)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。”南京工業(yè)大學(xué)副教授常進(jìn)表示，他們嘗試在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入與碘化亞錫等組分有強(qiáng)化學(xué)作用的一類添加劑（以維生素B1為代表），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)”?；谶@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(dá)到8.3%。據(jù)悉，論文第 一作者為南京工業(yè)大學(xué)研究生閔浩、副教授常進(jìn)，王建浦、中國科學(xué)院院士黃維、王娜娜為論文通訊作者。論文第 一作者單位為南京工業(yè)大學(xué)。
