Light ：钙钛矿发光二极管：用一点水提高效率延长寿命学术资讯

来源：两江科技评论

导读

近日，郑州大学教师刘凯凯，董林教授与单崇新教授等人探索了一种新的合成方法合成了一种加入水可以提高发光效率和稳定性的钙钛矿，其浸泡在水中长达一年的时间仍然可以保持良好的发光稳定性。解决了长久以来钙钛矿在水分和空气中不稳定的问题。

这为实现稳定高效的钙钛矿提供了很好的借鉴意义，有望推动其在发光二级管以及激光器等领域的实际应用。

研究背景

近年来，钙钛矿因其良好的光电特性，如高光致发光量子产率、窄发射光谱、可调发射波长、高吸收系数、长载流子扩散长度等，成为极具发展前景的光电材料。

在太阳能电池、固态发光二极管、光电探测器和激光等领域都取得了长足的发展。然而，钙钛矿的稳定性差，特别是在水和极性溶剂中，仍然是阻碍其应用的关键问题。

钙钛矿的不稳定性通常归因于它们的低形成能，这使得这些材料易受光、热、氧和湿气的影响，尤其是涉及到水的时候。

此外，具有离子属性的钙钛矿的离子交换速度很快，会导致其发光波长的移动。虽然大多数无机基质密度大、热稳定性好，可以用来提升钙钛矿的发光稳定性，但由于合成温度高、合成条件相对复杂，难以控制形成覆盖钙钛矿量子点的无机保护层。

此外，昂贵或有毒元素的引入进一步阻碍了钙钛矿的应用。此外，钙钛矿和保护介质之间的相分离仍然存在，导致了钙钛矿量子点的负载量低、宽光谱和低的光致发光量子效率。

创新研究

在这项工作中，研究团队在合成过程中加入氨水合成了一种遇水可以提高发光效率和稳定性的钙钛矿。

研究人员发现所合成的钙钛矿在遇到水之后形成了一种新的晶体MAPbBr3@PbBr(OH)，其量子效率由原来的2.5%提升到71.54%，而且即使在水中浸泡一年仍然能够保持很好的发光稳定性。

图1.MAPbBr3@PbBr(OH)合成示意图。

进一步的研究发现，合成的钙钛矿遇到水之后在铵根离子的辅助下逐渐分解然后定向组装成PbBr(OH)包覆MAPbBr3量子点的特殊结构。

研究表明外层PbBr(OH)是一种稳定的宽带隙间接带隙的晶体，其导带底高于内层量子点的导带底，价带顶高于内层量子点的价带顶，因此和会与内层的量子点形成一种大带隙包小带隙的结构，有利于激子的复合。

瞬态光谱表明PbBr(OH)能有效钝化量子点的表面缺陷，提高其荧光寿命，进而提高其量子产率。而外层的PbBr(OH)在水以及常见的N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜强极性有机溶剂中几乎不溶解，这就对内层的钙钛矿起到了很好的保护作用，极大的提高了钙钛矿的稳定性。

这种方法可适用于甲胺铅溴，甲脒铅溴，铯铅溴钙钛矿。利用稳定高效的MAPbBr3@PbBr(OH)作为下转换层，研究人员实现了高亮的发光二极管。这种方法为制备稳定高效的钙钛矿提供了新思路，进一步推动了其实际应用。

该项研究成果以“Water-InducedMAPbBr3@PbBr(OH) with Enhanced Luminescence and Stability”在线发表在国际光学顶尖期刊《Light: Science &Applications》上。论文第一作者是郑州大学青年教师刘凯凯、硕士生刘倩，通讯作者为董林和单崇新教授。

文章地址：

https://www.nature.com/articles/s41377-020-0283-2

来源：imeta-center 两江科技评论

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