浙江大學(xué)葉志鎮(zhèn)院士團(tuán)隊(duì): 減少混合鹵素鈣鈦礦中的氯缺陷實(shí)現(xiàn)高效藍(lán)光發(fā)光二極管

近日，浙江大學(xué)材料學(xué)院葉志鎮(zhèn)院士團(tuán)隊(duì)在藍(lán)光發(fā)光二極管效率提升方面取得重要進(jìn)展，研究成果以“Highly efficient blue light-emitting diodes based on mixed-halide perovskites with reduced chlorine defects”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊Science Advances (doi：10.1126/sciadv.ado5645)上。浙江大學(xué)為該論文第一單位，高贇博士與蔡秋婷博士為共同第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、戴興良研究員、狄大衛(wèi)教授為共同通訊作者。

鈣鈦礦混合鹵素藍(lán)光器件效率的發(fā)展情況可概括為“波長(zhǎng)越藍(lán)，提升越難”，尤其是對(duì)于深藍(lán)和純藍(lán)波段的LED器件，僅采用常用的鈍化手段對(duì)效率提升并不顯著。器件性能不佳的主要原因有以下兩點(diǎn)：其一，鹵素原子最外層p軌道參與構(gòu)成鈣鈦礦能帶結(jié)構(gòu)，氯的引入加深了價(jià)帶頂，增加了空穴注入的勢(shì)壘；其二，氯引入帶來氯空位，形成深能級(jí)缺陷，增加了非輻射復(fù)合通道，降低了光學(xué)性能。因此在上述對(duì)鈣鈦礦中引入氯的兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)之上，有必要進(jìn)一步探究制約藍(lán)光器件效率的關(guān)鍵因素，以期突破效率瓶頸。

實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦更短波長(zhǎng)的藍(lán)光發(fā)射需要引入更多的氯原子，氯溴比不斷增加。例如，發(fā)光波長(zhǎng)在470 nm的鈣鈦礦中氯溴比已經(jīng)達(dá)到約0.5，當(dāng)波長(zhǎng)繼續(xù)藍(lán)移至460 nm時(shí)氯溴比更是達(dá)到了約0.8。這一變化趨勢(shì)與藍(lán)光鈣鈦礦(PeLED)器件性能隨波長(zhǎng)的變化趨勢(shì)有一定的相似性。也有文獻(xiàn)指出，即使是少量的氯引入也會(huì)對(duì)器件的穩(wěn)定性造成很大影響。因此，氯含量對(duì)鈣鈦礦藍(lán)光器件性能的影響值得系統(tǒng)研究。定性闡述氯含量與深能級(jí)缺陷及能帶結(jié)構(gòu)改變的關(guān)系、明晰這兩者對(duì)器件性能的影響將推動(dòng)對(duì)鈣鈦礦藍(lán)光器件工作機(jī)制的進(jìn)一步理解。

團(tuán)隊(duì)以不同時(shí)間尺度下的光譜觀察了氯含量與氯缺陷及材料光學(xué)性能之間的變化與聯(lián)系，得出氯含量與納米晶薄膜中缺陷及熒光量子產(chǎn)率呈負(fù)相關(guān)的定性關(guān)系，并提出一條提升藍(lán)光LED器件性能的關(guān)鍵思路，即降低氯含量來抑制氯缺陷。通過A位銣補(bǔ)償策略，在保證CsPb(BrxCl1-x )3納米晶發(fā)光波長(zhǎng)沒有偏移的情況下有效降低了氯含量，明顯抑制了缺陷，提升納米晶光學(xué)性能。

銣補(bǔ)償降低CsPb(BrxCl1-x )3納米晶中氯含量并提升光學(xué)性能

團(tuán)隊(duì)基于含銣納米晶制備的鈣鈦礦藍(lán)光LED器件在顯示需要的波段下均實(shí)現(xiàn)了更高的器件效率，特別是480 nm的器件效率達(dá)到了26.4%，是截止目前鈣鈦礦藍(lán)光LED器件中的*高效率。

高效藍(lán)光LED器件

配置推薦

本文藍(lán)光PeLED的皮秒時(shí)間分辨光譜測(cè)試采用使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機(jī)搭配飛秒激光器測(cè)試得到。溫度相關(guān)熒光光譜測(cè)試使用卓立漢光公司的OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀完成。

ST-10條紋相機(jī)時(shí)間分辨率可達(dá)到5ps，可匹配多種焦長(zhǎng)光譜儀，快速追蹤超快發(fā)光的動(dòng)力學(xué)過程。OmniFluo900為模塊化搭建結(jié)構(gòu)，通過搭配不同的光源、檢測(cè)器和各類附件，為紫外/可見/近紅外發(fā)光測(cè)試提供綜合解決方案，也為鈣鈦礦發(fā)光器件、鈣鈦礦光伏器件及鈣鈦礦量子點(diǎn)的研發(fā)提供有利工具。

   條紋相機(jī)超快時(shí)間分辨系統(tǒng)          OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀                                          

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