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研究團隊開發高性能鈣鈦礦LED器件,外量子效率達22.2%

2021-09-24 10:18 來源:科技日報 作者:金鳳

金屬鹵化物鈣鈦礦材料被認為是最有前途的半導體材料之一,在發光二極管(LED)、太陽能電池和激光器等領域有著廣泛的應用前景。在鈣鈦礦光電器件領域,引入添加劑填補鈣鈦礦晶體的缺陷,是實現高質量鈣鈦礦材料的有效策略,但目前關于添加劑對鈣鈦礦晶體形成過程的影響還缺乏深入的理解。

近日,中國科學院院士黃維和南京工業大學王建浦教授、王娜娜教授團隊基于對添加劑誘導結晶過程的研究,設計出具有氨基和羧基雙官能團的新型添加劑分子,制備的近紅外鈣鈦礦LED器件外量子效率達到22.2%,刷新了近紅外鈣鈦礦LED的效率紀錄,研究成果近日刊登在《自然·通訊》。

研究團隊開發高性能鈣鈦礦LED器件,外量子效率達22.2%

圖片來源:南京工業大學

如何用添加劑誘導鈣鈦礦材料形成高質量鈣鈦礦晶體,這一作用機制尚不清晰。針對這一現狀,該研究團隊通過研究發現,鈣鈦礦的結晶過程是由添加劑與前驅體溶液中的甲酰胺碘相互作用決定的。

“含氨基的添加劑能與甲酰胺碘形成中間結構,使前驅體中游離的甲酰胺碘耗盡,這將有利于在溶液法制備薄膜的初期,從溶液表面垂直向下生長鈣鈦礦晶體,最終在高溫加熱中,使薄膜中的液體揮發,形成結晶性高、晶界少的垂直取向鈣鈦礦晶體?!?王娜娜說。

相反,與甲酰胺碘相互作用較弱的添加劑,如羧基分子,對結晶過程的影響較小,主要是鈍化鹵化物空位的缺陷,填補晶體上一些缺失的部位。

研究團隊開發高性能鈣鈦礦LED器件,外量子效率達22.2%

圖片來源:南京工業大學

基于這一認識,研究人員設計了具有氨基和羧基雙官能團的新型添加劑分子,制備的近紅外鈣鈦礦LED器件,外量子效率達到22.2%,再次刷新了鈣鈦礦LED的效率紀錄?!巴ㄟ^加入一種新型的多功能添加劑,來控制結晶過程,填補晶體上的各種缺陷,從而大大提高了器件效率?!闭撐牡谝蛔髡咧炝詹┦勘硎?。

更重要的是,這項研究還給出了一種添加劑篩選的普適性方法,對實現高性能鈣鈦礦光電器件具有重要意義,“我們的研究表明,以后選擇添加劑,一方面需要具有可以鈍化缺陷的官能團,另一方面需要具有類似氨基的官能團使鈣鈦礦晶體垂直取向生長,這樣才可以使晶體生長的質量更高?!蓖踅ㄆ纸淌诒硎?。

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