Light up“视”界的钙钛矿

  作为一种新式半导体资料，因其优异的光电性质受到了研讨者们的极大重视，有望使用于下一代显现技能。

  近年来，经过维度调控和描摹操控等办法，钙钛矿发光二极管的功能显着开展。可是怎么一起精准操控钙钛矿薄膜的维度和描摹仍然是一个应战，这也约束了器材功率的进步，尤其是大面积的器材以及通明器材。

  上海科技大学宁志军教授课题组以绿光钙钛矿资料为研讨根底，开发了一种用于钙钛矿发光薄膜的超分子配位诱导分段结晶办法。经过在钙钛矿前驱液中参加两种能够协同效果的分子冠醚以及三氟乙酸钠来一起调控晶体成长的动力学进程，其间冠醚能够和B位铅离子进行配位，而三氟乙酸钠能够和钙钛矿的A位甲脒和铯离子配位（图1）。

  作者对钙钛矿成长的动力学进程进行了深入研讨，经过原位荧光和准原位XRD，剖析重构了单一冠醚与三氟乙酸钠以及混合添加剂的薄膜结晶进程。具有超分子配位的薄膜在退火进程中荧光峰方位逐步红移，标明该进程中晶粒的逐步长大（图2）。而经过比照退火初期热猝灭导致的荧光衰减，以及随后的溶剂蒸腾和结晶性增强导致的荧光增强这两个阶段，超分子配位的薄膜这一进程继续了120秒，是单一冠醚添加剂的约十倍。经过追寻旋涂以及退火进程中不一起刻的XRD，能够比照发现超分子配位的前驱液在旋涂晚期开端分出钙钛矿组分，并在退火进程中完结钙钛矿的成长，在约5分钟后，缓慢开释的钙钛矿组分逐步消失。综上推断出它的动力学进程，A位和B位离子的一起配位导致了FABr, CsBr和PbBr₂的分相，使得钙钛矿晶体的形核速度大幅度下降。在随后的退火进程中，三氟乙酸钠和甲脒的配位结构发生分化，生成的溴化钠能够和冠醚反响，促进溴化铅和冠醚配位结构的分化，构成游离的甲脒和溴化铅用于钙钛矿结构的成长。

  图2：钙钛矿结晶进程的原位追寻。（a）对照组和（b）CrTFA薄膜旋涂进程中的XRD光谱演化。（c）对照组和（d）CrTFA薄膜退火进程中的XRD光谱演化。（峰1，2，3，4别离来自NaBr，CsBr，PbBr₂和FABr）。退火期间 （e） 对照组和 （f） CrTFA薄膜的荧光光谱改变。

  经过两种分子的配位大幅度下降了钙钛矿薄膜形核位点的数目，促进了不接连的岛状结构纳米晶颗粒的成长，一起因为在后续的退火进程中，反响组分缓慢开释，使得晶体缓慢成长，晶体质量得到十分显着进步，有用按捺了缺点的发生。此外，冠醚经过和苯乙胺分子的配位操控了后者参加构成准二维结构的速度，然后操控了单层结构的份额，得到了一致性较高的高层数准二维结构。因而经过该办法完成了关于钙钛矿维度和描摹的一起调控，初次完成了根据低维结构的纳米晶颗粒的成长。

  而对钙钛矿薄膜进行的光学表征标明，根据这种超分子拼装诱导的分段结晶法，钙钛矿晶粒质量有了显着提高，瞬态吸收光谱也标明低维组分得到按捺，载流子动力学上显现出更快的激子搬运，终究钙钛矿薄膜展现出优异的发光量子产率（图3）。

  图3：钙钛矿薄膜光学及载流子动力学表征。（a）薄膜的吸收和（b）荧光光谱。（c）对照组薄膜（d）CrTFA薄膜（e）18Cr6薄膜和（f）STFA薄膜的瞬态吸收光谱。

  在此根底上经过能带工程，以氧化镍为空穴注入层，在氧化镍与钙钛矿之间刺进Poly-TPD和PVK做为缓冲层，减小空穴输运势垒，由此制备的小面积（5 mm²）发光器材在516 nm中心波长仅有20 nm的半峰宽，并在99 cd m⁻²的亮度下取得了23.9%的外量子功率，以TPBi为电子传输层的一起敞开电压约为2.7 V。与此一起，1 cm²的大面积器材也获得了超高的21.6%的外量子功率，显现出薄膜高度的均一性以及该办法在大面积显现器材上的可能性。而根据Ca加Cu的半通明金属电极组合，半通明发光器材取得了顶5.7%（金属侧）+底7.9%（ITO侧）的外量子功率（图4）。

  图4：钙钛矿发光二极管及通明器材功能。（a）器材结构，（b）电致发光光谱，（c）电流密度-电压-亮度（J-V-L）和（d）器材的EQE。（e）通明器材结构。（f）0到8 V的CrTFA器材的电致发光光谱改变，插图显现了100 mm²通明器材的相片。（g）通明电极和整个器材的透射率。（h）顶发射和底发射的J-V-L。（i）通明PeLED的外量子功率。

  本研讨规划开发了一种维度和描摹双向调控的办法，经过超分子动态成键来一起操控钙钛矿的维度和描摹，完成了根据低维（准二维）结构的岛状纳米晶颗粒的成长，完成了高效钙钛矿发光器材，并制备了大面积通明电致发光器材。

  经过准原位XRD和原位荧光等测验盯梢了薄膜构成的动力学进程，发现了影响钙钛矿晶体成长的要害中间体结构，加深了对钙钛矿维度和描摹改变的了解。

  研讨发现除了常用的对B位离子的调控，对A位离子的调控也十分十分重要，为高质量钙钛矿薄膜的制备供给了思路。根据此的大面积器材和通显着现器材则充沛验证了钙钛矿供给的广色域显现以及未来多场景使用的优势。

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