JPhysD编辑优选:二维锡卤素钙钛矿LED:更标准的红光

29 7月 2020 gabriels

本篇研究来自上海科技大学宁志军博士带领的课题组,主要介绍了旋涂法制备二维锡钙钛矿纳米片,以及基于这种纳米片结构实现较高效率的纯红色的电致发光器件。


文章介绍

Two-dimensional tin perovskite nanoplate for pure red light-emitting diodes

Yuan Liao(廖园), Yuequn Shang(尚跃群), Qi Wei(王浩), Hao Wang(魏旗) and Zhijun Ning(宁志军 )

通讯作者:宁志军 上海科技大学

 

器件发光光谱以及色域坐标图

二维薄膜晶体的纳米结构图

为解决钙钛矿材料中重金属元素Pb的环境问题,上海科技大学宁志军课题组采用Sn元素代替Pb元素,制备纯二维钙钛矿薄膜晶体PEA2SnI4。通过调节前驱体组成和反溶剂,对钙钛矿晶体生长的动力学过程进行调控,制备了基于二维结构的纳米片薄膜,晶粒尺寸由5μm最多减小至150nm左右,较小的晶粒尺寸限制了载流子扩散范围,有利于提高载流子复合发光几率;同时较小的尺寸有利于提高载流子的注入效率,促进载流子在活性层中的复合。研究人员在钙钛矿前驱液中加入强还原剂盐酸苯肼抑制Sn2+的氧化,减少晶体中的缺陷,进一步提高光致发光量子产率到接近10%。

基于上述的二维锡钙钛矿薄膜,研究人员制备了电致发光器件,发光光谱的发光峰为630nm,半峰宽为29nm,色域坐标(0.69, 0.31),非常接近纯红色发光色域坐标(0.708,0.292),电致发光器件发光亮度达到355Cd/m2,外量子效率超过0.5%,在纯红色发光区域是钙钛矿电致发光器件中较高的值。相对于体相结构,纳米片结构大幅提高了器件的量子效率和发光强度,这为二维材料高效光电器件的构筑提供了新的思路。

该文章最近发表在由瑞典林雪平大学高峰教授,日本冲绳科学技术大学的戚亚冰教授和香港理工大学严峰教授在Journal of Physical D: Applied Physics杂志组织的钙钛矿专刊上。

研究背景 

钙钛矿由于其发光量子效率高,发光峰窄和易制备等优点在发光显示领域吸引了学界广泛的关注。基于铅钙钛矿材料的发光二极管(LED)器件外量子效率已超过20%,尽管如此,钙钛矿材料LED的发展仍然受到诸多因素的限制,如LED器件的颜色纯度和环境友好性问题。红光钙钛矿LED器件多采用混合卤素体系,颜色纯度低,光谱稳定性差。国际照明协会规定发光器件红色坐标应位于630nm(0.708,0.292)处,已报道的钙钛矿红光LED仅能实现650nm左右的红光发射。

目的:制备环境友好的钙钛矿LED器件,同时在可见光波段实现纯度较高的红光发射。


作者介绍

宁志军 助理教授、研究员

上海科技大学

2009年毕业于华东理工大学化学与分子工程学院,获得应用化学系博士学位,导师田禾院士,2009年至2011年在瑞典皇家工学院理论化学系进行博士后研究,导师Hans Ågren教授和Ying Fu教授,2011年至2014年在多伦多大学电子工程系从事博士后研究,导师Edward H. Sargent教授,2014年12月加入上海科技大学物质科学与技术学院,任助理教授。2015年入选中组部“青年千人计划”,2016年起主持国家重点研发计划青年科学家项目。课题组致力于溶液法组装光电材料和器件的研究。研究领域包括材料设计合成到器件应用,通过化学、材料、物理手段相结合来促进光电转换材料化学这一新兴交叉学科的发展。主要研究内容:

1)光电材料的设计和合成,侧重于有机无机杂化材料如胶体纳米晶和钙钛矿材料;
2)光电材料的界表面化学研究以及纳米结构精确构筑;
3)太阳能电池、光探测器以及发光二极管等光电器件的结构设计和制备。