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(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,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(shí)際應(yīng)用?!闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒛暇┕I(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(tuán)隊(duì)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(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。團(tuán)隊(duì)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(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?!闭撐墓餐谝蛔髡?、南京工業(yè)大學(xué)副教授常進(jìn)介紹,團(tuán)隊(duì)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,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(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。
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