北京大學團隊鈣鈦礦發(fā)光二極管領域取得重要進展
近日，北京大學周歡萍教授課題組、嚴純?nèi)A院士課題組等研究人員合作，在鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）領域取得重要進展。研究團隊提出一種“原位納米晶限域（in-situ nanocrystal confinement）”新策略，通過聚合反應動態(tài)限域納米晶生長，實現(xiàn)了兼具高結晶性和納米尺度的鈣鈦礦納米晶原位可控制備，突破了長期制約鈣鈦礦發(fā)光材料性能提升的關鍵瓶頸。基于該策略構筑的藍光PeLED外量子效率（EQE）達到21.8%，達到目前藍光PeLED領域領先水平，并顯著提升了器件運行穩(wěn)定性。相關成果以“In-situ Nanocrystal Confinement for Efficient Blue Perovskite LEDs”為題在《自然》（Nature）上發(fā)表。
新型顯示與光電信息技術是國家數(shù)字經(jīng)濟和高端制造的重要支撐，高性能發(fā)光器件在超高清顯示、柔性電子、虛擬現(xiàn)實及光通信等領域具有廣闊應用前景。鹵化鉛鈣鈦礦憑借高熒光量子產(chǎn)率、高色純度、發(fā)光波長可調(diào)及低溫溶液加工等優(yōu)勢，被認為是極具前景的新型發(fā)光材料。近年來，鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）在紅光和綠光方向已取得快速發(fā)展。然而，對PeLED而言，獲得高性能發(fā)光始終面臨一個核心挑戰(zhàn)：一方面，高結晶質(zhì)量對降低缺陷密度、抑制非輻射復合和提升器件穩(wěn)定性至關重要；另一方面，納米尺度晶粒又能夠增強載流子限域與輻射復合效率。傳統(tǒng)原位結晶過程中，這兩種需求往往相互矛盾——提高結晶質(zhì)量通常伴隨晶粒尺寸增大，而強行縮小晶粒又容易引入更多缺陷。
針對這一長期挑戰(zhàn)，研究團隊提出利用可聚合配體在鈣鈦礦結晶過程中原位形成聚合物網(wǎng)絡，對納米晶生長進行動態(tài)限域調(diào)控。該策略能夠在抑制晶粒過度長大的同時，延長晶格有序重排過程，從而獲得尺寸均一、缺陷密度低且高結晶性的鈣鈦礦納米晶。研究發(fā)現(xiàn)，該方法不僅顯著減小晶粒尺寸，還誘導材料由正交相向立方相的轉變，從根本上優(yōu)化了材料的結構穩(wěn)定性與發(fā)光特性。
作者： 來源：北京大學材料科學與工程學院、北京大學新聞 責任編輯：admin
新型顯示與光電信息技術是國家數(shù)字經(jīng)濟和高端制造的重要支撐，高性能發(fā)光器件在超高清顯示、柔性電子、虛擬現(xiàn)實及光通信等領域具有廣闊應用前景。鹵化鉛鈣鈦礦憑借高熒光量子產(chǎn)率、高色純度、發(fā)光波長可調(diào)及低溫溶液加工等優(yōu)勢，被認為是極具前景的新型發(fā)光材料。近年來，鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）在紅光和綠光方向已取得快速發(fā)展。然而，對PeLED而言，獲得高性能發(fā)光始終面臨一個核心挑戰(zhàn)：一方面，高結晶質(zhì)量對降低缺陷密度、抑制非輻射復合和提升器件穩(wěn)定性至關重要；另一方面，納米尺度晶粒又能夠增強載流子限域與輻射復合效率。傳統(tǒng)原位結晶過程中，這兩種需求往往相互矛盾——提高結晶質(zhì)量通常伴隨晶粒尺寸增大，而強行縮小晶粒又容易引入更多缺陷。
針對這一長期挑戰(zhàn)，研究團隊提出利用可聚合配體在鈣鈦礦結晶過程中原位形成聚合物網(wǎng)絡，對納米晶生長進行動態(tài)限域調(diào)控。該策略能夠在抑制晶粒過度長大的同時，延長晶格有序重排過程，從而獲得尺寸均一、缺陷密度低且高結晶性的鈣鈦礦納米晶。研究發(fā)現(xiàn)，該方法不僅顯著減小晶粒尺寸，還誘導材料由正交相向立方相的轉變，從根本上優(yōu)化了材料的結構穩(wěn)定性與發(fā)光特性。
進一步研究表明，原位限域形成的立方相結構有效減弱了晶格畸變和電子-聲子耦合，從而降低非輻射復合損耗并提高發(fā)光效率。優(yōu)化后的鈣鈦礦薄膜光致發(fā)光量子效率（PLQY）達到83%，表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光均一性和穩(wěn)定性�；谠摳哔|(zhì)量發(fā)光層制備的藍光PeLED器件發(fā)射峰位于491nm，峰值EQE達到21.8%，較對照器件實現(xiàn)翻倍提升，同時器件運行穩(wěn)定性也顯著提升6倍以上。研究表明，原位形成的聚合物網(wǎng)絡能夠有效抑制離子遷移，從而緩解器件工作過程中的性能衰減。
該工作首次系統(tǒng)建立了原位聚合限域策略，為解決PeLED長期面臨的效率與穩(wěn)定性難題提供了新的研究思路。該方法兼具普適性與可拓展性，有望進一步推廣至鈣鈦礦太陽能電池、量子點發(fā)光器件及其他新型半導體光電體系，為下一代高性能顯示與光電子技術的發(fā)展提供了重要基礎。
該工作首次系統(tǒng)建立了原位聚合限域策略，為解決PeLED長期面臨的效率與穩(wěn)定性難題提供了新的研究思路。該方法兼具普適性與可拓展性，有望進一步推廣至鈣鈦礦太陽能電池、量子點發(fā)光器件及其他新型半導體光電體系，為下一代高性能顯示與光電子技術的發(fā)展提供了重要基礎。
該論文的通訊作者為周歡萍、嚴純?nèi)A和化學與分子工程學院孫聆東教授。合作者還包括埃因霍芬理工大學Shuxia Tao教授課題組、北京理工大學陳棋教授課題組、中國科學院物理研究所王立芬副研究員等。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、北京市自然科學基金、北京分子科學國家研究中心、先進電池材料理論與技術北京市重點實驗室等的聯(lián)合資助。
作者： 來源：北京大學材料科學與工程學院、北京大學新聞 責任編輯：admin
太陽能發(fā)電網(wǎng)|m.centexpropertybuyers.com 版權所有