黄维院士团队非铅钙钛矿又发顶刊

• 【导读】

铅基钙钛矿发光二极管虽然具有优秀的发光性能和效率，但是由铅离子的毒性、生物积累和不可降解所产生的环境问题难以解决。因此，发展新型的、具有优异性能的非铅钙钛矿是目前研究的热点。其中，锡基钙钛矿材料因锡离子具有与铅离子类似的电子构型和离子半径，是替代铅基钙钛矿的最佳候选者。然而，目前的锡基钙钛矿发光二极管效率较低，难以满足商用应用。

• 【成果掠影】

近日，南京工业大学黄维院士、王娜娜教授和王建浦教授团队在Nature Photonics上发表了新的研究论文，通过在锡基钙钛矿前驱体中加入适当的添加剂，可以抑制发光猝灭，从而获得高量子效率的发光二极管。在本项研究中，作者首先通过原位光谱手段探明了锡基钙钛矿发光淬灭的主要原因是锡基钙钛矿成膜过程中钙钛矿纳米团簇的快速团聚所伴随产生的大量缺陷所致。为解决这一问题，作者在锡基钙钛矿前驱体中加入了能够与SnI₂形成强化学键的添加剂（苯乙胺氢碘酸盐，PEAI，维生素 B1，VmB1）从而实现了对锡基钙钛矿薄膜生长的调控，制备出了形貌规则、结晶良好的具有低缺陷密度的锡基钙钛矿薄膜。该低密度薄膜的最高发光量子效率可达34%（激发功率密度：~200 mW/cm²），平均发光量子效率为29±3%。基于此低密度钙钛矿薄膜制备的冠军红外发光二极管（发射峰894 nm）的外量子效率达到8.3%，平均外量子效率为6.5%，证明了该种方法良好的重复性。相关研究文章以“Additive treatment yields high-performance lead-free perovskite light-emitting diodes”为题发表在Nature Photonics上。

• 【核心创新点】

利用原位光谱手段、电子显微学等手段探明了锡基钙钛矿薄膜发光效率低的原因，通过添加剂优化钙钛矿薄膜的结晶和生长，制备出了低缺陷密度的锡基钙钛矿薄膜并获得了高效率的发光二极管。

• 【数据概览】

图1. 旋涂过程中锡基钙钛矿薄膜的原位光谱。©2023 Springer Nature

图2. 不同添加剂下锡基钙钛矿薄膜的表征。©2023 Springer Nature

图3. 在不添加和添加PEAI-VmB1时FA_0.9Cs_0.1SnI₃薄膜生长示意图。©2023 Springer Nature

图4. 在PEAI和添加比例为0.15的VmB1共同添加时所获得的FA_0.9Cs_0.1SnI₃钙钛矿发光二极管的性能表征。©2023 Springer Nature

• 【成果启示】

通过添加剂抑制了锡基钙钛矿薄膜结晶过程中缺陷的生成，显著提升了锡基钙钛矿发光二极管的性能，为锡基钙钛矿器件的研究提供了新的思路。进一步评估基于该种方法制备的钙钛矿器件在不同条件下稳定性将推动锡基钙钛矿的应用。

原文详情：Hao Min, Jin Chang, Yunfang Tong, Jiaqi Wang, Fang Zhang, Ziqian Feng, Xiaoying Bi, Nana Chen, Zhiyuan Kuang, Saixue Wang, Lingzhi Yuan, Haokun Shi, Nian Zhao, Dongmin Qian, Shuang Xu, Lin Zhu, Nana Wang, Wei Huang & Jianpu Wang.Additive treatment yields high-performance lead-free perovskite light-emitting diodes, Nature Photonics, 2023.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-023-01231-y

本文由NSCD供稿。