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科技日報記者 金鳳 通訊員 朱琳
記者4日從南京工業大學獲悉，中國科學院院士黃維帶領南工大柔性電子（未來技術）學院王建浦教授研究團隊在環境友好型鈣鈦礦發光二極管方面取得重大突破，在國際上首次將錫基鈣鈦礦發光二極管效率提升至8.3%。相關成果發表于國際學術期刊《自然·光子學》。
有無添加劑的錫基鈣鈦礦薄膜在旋涂過程中的原位熒光光譜，以及結晶生長示意圖。受訪者供圖
“金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有優異的光電性質和可溶液加工特性，在太陽能電池、發光二極管、光電探測器等領域展現出廣闊的應用前景。然而，高效鈣鈦礦發光二極管目前仍以環境不太友好的鉛基鈣鈦礦為主，這會限制其實際應用。”論文通訊作者、南京工業大學柔性電子（未來技術）學院王娜娜教授說，近年來，團隊一直致力于開發環境友好的錫基鈣鈦礦材料，通過反溶劑輔助結晶、溶劑氛圍調控結晶等方法來改善錫基鈣鈦礦的薄膜質量，相繼將錫基鈣鈦礦發光二極管的外量子效率提高到3%和5.3%，但是器件性能仍遠低于鉛基器件，這主要是由于錫基鈣鈦礦的結晶速度過快導致形成的薄膜缺陷態較多，而缺陷態往往是發光猝滅中心，使得器件發光效率難以提升。
為了解決這個世界難題，該團隊通過原位光譜表征技術，發現錫基鈣鈦礦薄膜生長初期（10秒內）晶粒的快速聚集是缺陷態形成的主要原因。團隊另辟思路，摒棄原先“邊制膜邊完善”的思路，直接從源頭即錫基鈣鈦礦薄膜生長初期進行干預。
“如果將錫基鈣鈦礦薄膜比作一張煎餅，那么，原先的反溶劑輔助結晶方法就像是在一張不均勻攤制而成的‘煎餅’上附加作用力，讓‘煎餅’更平整；溶劑氛圍調控結晶方法則是通過控制環境讓‘煎餅’更均勻。”論文共同第一作者、南京工業大學副教授常進介紹，團隊嘗試在鈣鈦礦前驅體溶液中引入與碘化亞錫等組分有強化學作用的一類添加劑，有效抑制鈣鈦礦晶粒的快速聚集，減少鈣鈦礦晶體生長過程中發光猝滅中心的形成，使得晶粒更加有序地“集結”。
研究發現，基于這一方法構筑的錫基鈣鈦礦發光二極管器件外量子效率達到8.3%，是目前錫基鈣鈦礦發光二極管的最高效率，為實現更高性能的錫基鈣鈦礦光電器件提供了全新的思路和途徑。
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