提高鈣鈦礦薄膜穩定性和光學效能的新方法

鈣鈦礦led （PeLEDs）是一種新興的發光技術，具有製造成本低、光質量高和能源效率高的優點。金屬鹵化物（指金屬與氯、溴或碘的化合物）鈣鈦礦由於其具有飽和發射色和易調色等優異的光學效能，近年來作為一種有前景的溶液處理led材料受到了廣泛關注。

特別是，基於無機銫離子的鈣鈦礦，即CsPbX3（其中X可以是氯、溴和碘），與有機-無機“雜化”金屬鹵化物鈣鈦礦相比，表現出更好的熱穩定性和化學穩定性，從而可能為高效能led提供合理的操作穩定性。但以往的無機pelds由於鈣鈦礦晶粒尺寸較大，其電致發光效能較差。

現在，中國城市大學和上海大學的一個研究團隊已經開發出一種高效的製備方法，使無機鈣鈦礦薄膜的效能和穩定性大大提高。他們的發現發表在科學雜誌《自然通訊》的最新一期（2019年10月665日）上，題為“三氟醋酸鹽誘導小顆粒CsPbBr3鈣鈦礦薄膜產生高效穩定的發光器件”。

研究團隊發現，在一步溶液塗層中使用三氟乙酸銫（TFA）作為銫源，而不是常用的溴化銫（CsBr），可以快速結晶小晶粒CsPbBr3鈣鈦礦晶體，形成光滑無針孔的鈣鈦礦薄膜。這是因為CsPbX3前驅體溶液中TFA-陰離子與Pb2+陽離子的相互作用，大大提高了鈣鈦礦薄膜的結晶速度，抑制了表面缺陷。

結果，該團隊成功地製造出了基於這些薄膜的高效穩定的綠色peled，最大電流效率為32。0 cd a -1，對應的外部量子效率為10。5%——這一水平在現有的peled中被普遍認為是令人滿意的。

更重要的是，基於這些薄膜的全無機鈣鈦礦led顯示了創紀錄的使用壽命。在初始亮度為100 cd m-2時，其半衰期超過250小時，與csbr衍生的PeLED相比，其工作壽命提高了17倍。

“我們的研究表明，透過簡單的晶界最佳化，高顏色純度和低成本的全無機鹵化鉛鈣鈦礦薄膜可以開發成高效穩定的led，”城市大學光子材料講座教授安德烈·羅格奇（Andrey Rogach）說，他是該論文的通訊作者之一。

他補充說：“我預見到這類薄膜具有巨大的應用潛力，因為它們易於製造，而且可以透過印刷輕鬆沉積，以實現各種光電器件。”

該論文的另一位通訊作者是上海大學的楊旭勇教授。第一作者是上海大學的王浩然和曾在城市大學做訪問研究員、現在吉林大學做博士後的張曉宇。