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全無機CsPbI3鈣鈦礦發光二極管研究取得進展
發布:blast_k   時間:2020/6/10 15:53:38   閱讀:182 
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近期,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所材料應用技術研究室副研究員史同飛課題組和中國科學技術大學教授肖正國課題組合作,在全無機CsPbI3鈣鈦礦發光二極管(Perovskite Light-Emitting Diodes, PeLEDs)的研究中取得進展:研究人員在CsPbI3鈣鈦礦前驅體溶液中添加適量的表面活性劑抑制晶粒生長,獲得了平整無孔洞的α-CsPbI3納米晶薄膜,所制備的發光二極管外量子效率高達14.8%,且操作壽命和穩定性都得到大幅提高。相關成果以Efficient All-Inorganic Perovskite Light-Emitting Diodes with Improved Operation Stability 為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces 雜志上。

全無機CsPbI3鈣鈦礦比有機無機雜化MAPbI3鈣鈦礦有著更高的熱穩定性,帶隙約為1.7 eV,相比后者的1.5 eV更適合制備可見紅光發射器件。但是CsPbI3在室溫下為正交結構的δ相,是間接帶隙半導體,只有在330oC的高溫下才是立方結構的α相,這限制了其在光電器件方面的應用。

為此,研究人員通過在CsPbI3鈣鈦礦前驅體溶液中添加適量的對氟苯甲基碘化銨 (4-F-PMAI) 來調制CsPbI3鈣鈦礦晶粒的大小,成功獲取了晶粒尺寸小于100 nm的多晶薄膜。由于納米晶具有較高的比表面積,在室溫下高對稱性的立方晶系結構納米多晶薄膜反而更穩定。該研究通過調控晶粒尺寸,在室溫下獲得了穩定存在的α-CsPbI3納米晶薄膜。同時由于納米晶的量子限域效應和表面4-F-PMAI配體的鈍化作用也提升了α-CsPbI3鈣鈦礦的輻射復合速率,薄膜展現出強烈的光致發光和較高的量子產率。最終制備的CsPbI3發光二極管在692 nm處發射出明亮的可見紅光,光譜半高寬僅為36 nm,外量子效率達14.8%,是未摻雜器件的最高效率值;在恒定電流密度下,器件半衰壽命超過1200 min,遠高于同條件下的有機無機雜化MAPbI3發光二極管 (139 min);并且在長期存放過程中效率沒有下降,表現出更優異的組分穩定性。此外,研究還顯示少量的Br摻雜可將器件效率進一步提升至18.6%,而沒有明顯的相分離現象。

該工作得到國家大科學裝置聯合基金和國家自然科學基金的支持。


圖1. CsPbI3發光二極管的 (a) 器件結構示意圖;(b) 能級圖;(c) 色度坐標和發光照片;(d) 電流-電壓-亮度曲線;(e) 外量子效率-電流曲線;(f) 電致發光光譜。

來源: 合肥物質科學研究院

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