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[中國科學報]南京工業大學等 刷新近紅外鈣鈦礦LED效率紀錄
時間：2021-09-28
來源：科學網
作者：溫才妃
攝影： 編輯：王小軒
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本報訊（記者溫才妃 通訊員周偉）日前，中科院院士黃維和南京工業大學教授王建浦、王娜娜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發光二極管（LED）器件外量子效率（電轉化成光的量子效率）達22.2%，刷新了近紅外鈣鈦礦LED的效率紀錄。研究成果近日刊登于《自然—通訊》。
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，引入添加劑進行缺陷鈍化是實現高質量鈣鈦礦材料的有效策略，然而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理解。
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（FAI）相互作用決定的。
王娜娜表示，含氨基的添加劑能與FAI形成中間結構，使前驅體中游離的FAI耗盡，這有利于溶液法制備薄膜初期從溶液表面垂直向下生長鈣鈦礦晶體，最終在退火過程（也就是高溫加熱使薄膜中液體揮發掉的過程）中，形成結晶性高、晶界少的垂直取向鈣鈦礦晶體。相反，與甲酰胺碘相互作用較弱的添加劑則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部位。
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22.2%，再次刷新了鈣鈦礦LED的效率紀錄。
該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，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，以使晶體生長的質量更高。” 王建浦說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-25407-8
2021年9月23日《中國科學報》第4版：http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/9/365477.shtm
