北大肖立新课题组与合作者在钙钛矿LED研究领域取得新进展

2023-06-28 09:24

北京大学物理学院现代光学研究所、介观物理国家重点实验室肖立新教授课题组与合作者通过利用双功能配体，有效分离晶体的生长与成核过程，原位可控制备了均相钙钛矿纳米晶薄膜，并由此制成高性能的钙钛矿发光二极管。

2023年6月14日，相关研究成果以“分离晶体生长与成核过程实现原位可控制备高效发光钙钛矿纳米晶”（Separating Crystal Growth from Nucleation Enables the in－situ－controllable Synthesis of Nanocrystals for Efficient Perovskite Light－emitting Diodes）为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）上。

卤化物钙钛矿在太阳能电池、光电探测器、激光器和发光二极管等领域具有潜在的应用价值，它结合了多种优异的光电性能：可调节的带隙、较长的载流子扩散距离和低成本的溶液制备方法等。

目前钙钛矿纳米晶大部分采用溶液相中预合成胶体纳米晶的方法，虽然有效控制了纳米晶的尺寸和均匀性，但为了防止纳米晶的聚集，使用了大量的长链配体（如油胺和油酸，导电性差），从而限制其在电致发光器件的应用。而通过传统的原位制备方法所形成的纳米晶，其性能较预合成的纳米晶有较大的差距，原因是钙钛矿结晶过程过快而不容易得到均匀生长的纳米晶（图一）。

北大肖立新课题组与合作者在钙钛矿LED研究领域取得新进展

图一：原位制备钙钛矿纳米晶的结晶过程示意图

针对这一难题，研究团队通过研究配体结构对于原位结晶过程的影响，开创性地引入了一种双功能的配体Br－NH₃＋（CH₂）₄COOH （δ‐AVA HBr），实现对钙钛矿结晶过程中晶体生长与结晶成核过程的分离调控，成功制备了具有6．8 ± 1．6纳米的量子限域尺寸的钙钛矿纳米晶均相薄膜（图二）。

此外，结合表面配体钝化策略，得到具有接近100％发光量子产率的钙钛矿纳米晶薄膜。最终，实现了电流效率达109cd A－1（对应外量子效率24．2％）的高稳定性绿光钙钛矿发光二极管，超过了常规胶体纳米晶发光器件的性能，展示了在光电子领域的潜在应用价值。

北大肖立新课题组与合作者在钙钛矿LED研究领域取得新进展

图二：铵盐型双齿配体调制的钙钛矿纳米晶结晶过程及其提升的性能

发表成果中，北京大学物理学院现代光学研究所博士研究生俞文锦为第一作者，加拿大多伦多大学魏明杨、吉林大学张立军教授、上海大学廖英杰副研究员及肖立新为共同通讯作者，合作者还包括北京大学物理学院、材料科学与工程学院、化学与分子工程学院及合作单位的多位研究人员。研究工作得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金、国家重点实验室以及北京大学长三角光电科学研究院等经费支持。