25 ноября команда профессора Вэй Чжаньхуа из Института люминесцентных материалов и информационных дисплеев Университета Хуацяо и Школы материаловедения и инженерии и команда профессора Эдварда Х. Сарджента с кафедры электронной и компьютерной инженерии Университета Торонто совместно опубликовали онлайн-публикацию в ведущем международном академическом журнале Nature Research Paper Distribution control обеспечивает эффективный уменьшенный перовскит Светодиоды. Эта работа позволила добиться значительного улучшения производительности и срока службы перовскитных светодиодных устройств за счет пассивации дефектов и контроля размеров центра, и ожидается, что в будущем она будет применяться к новым полям отображения и освещения.
Nature является одним из самых влиятельных академических журналов в мире, посвященным освещению и комментированию наиболее важных прорывов в глобальных научных исследованиях. Стоит отметить, что в 2018 году Университет Хуацяо впервые опубликовал оригинальный номер Nature в качестве коммуникационной единицы. Три года спустя Университет Хуацяо снова опубликовал официальные документы Nature в качестве коммуникационной единицы, отметив, что уровень научных исследований школы был значительно улучшен, и она вступила в быструю полосу здорового развития.
Металлогалогенные перовскиты обладают отличными оптоэлектронными свойствами, такими как высокий коэффициент молярного затухания, большое расстояние миграции носителей, регулируемая запрещенная зона и высокая устойчивость к дефектам. Они имеют широкие перспективы применения в солнечных элементах и светодиодах. Исходя из разницы в микроскопической кристаллической структуре, металлогалогенные перовскиты можно разделить на нульмерные, низкоразмерные и трехмерные. Среди них низкоразмерный перовскитный материал обладает квантовым эффектом удержания, обладает большой энергией связывания экситона, нелегко производит нерадиационную рекомбинацию и обладает высокой светоотдачей.
Однако для разработки высокоэффективных и стабильных низкоразмерных металлогалогенных перовскитных материалов для светоизлучающих устройств по-прежнему существуют две основные проблемы: во-первых, наличие дефектных состояний вызовет образование нерадиационных центров рекомбинации, что приведет к миграции ионов. Это способствует световой эффективности и стабильности устройства; Вторая — образование многофазных гибридных квантовых ям, которые будут вызывать передачу энергии из широкой запрещенной квантовой ямы в узкую полосовую квантовую яму при световом и электрическом возбуждении, в результате чего происходит рассеивание, не способствующее световому излучению прибора КПД, чистота цвета.
Рисунок 1 Принципиальная схема процесса пленкообразования трех видов перовскитных люминесцентных тонких пленок, где ПЭА представляет собой соль фенэтиламмония, ТППО представляет собой оксид трифенилфосфина, а ТФППО представляет собой трис(4-фторфенил)фосфиноксид.
Чтобы улучшить производительность низкоразмерных перовскитных светодиодных устройств, команда Эдварда Х. Сарджента из Университета Торонто и команда Вэй Чжаньхуа из Университета Хуацяо совместно предложили низкоразмерную стратегию контроля пассивации поверхности перовскита металлогалогенида. Как показано на фиг.1, во время процесса кристаллизации, инициированного антирастворителем, [PbBr6]4-, ионы MA+ и Cs+ сначала образуют хлопья-предшественники перовскита, а затем органические катионы PEA+ взаимодействуют с хлопьями-предшественниками с образованием низкоразмерной перовскитной люминесцентной пленки. В референтной группе беспорядок и быстрая диффузия органических катионов PEA+ привели к генерации дефектных центров и случайномерных структур квантовых ям. В экспериментальной группе связь P=O в молекулах TPPO и TFPPO может взаимодействовать с хлопьями перовскита-предшественника P=O:Pb2+, что эффективно регулирует процесс кристаллизации и уменьшает генерацию дефектных центров. Кроме того, обильные F-группы в TFPPO могут взаимодействовать с органическими катионами PEA+ для замедления высвобождения сырья и задержки роста кристаллов, и, наконец, образовывать высококачественную перовскитную люминесцентную пленку с одинаковыми размерами.
Рисунок 2 а) Принципиальная схема структуры перовскитного светодиодного устройства, диаграмма электронного микроскопа с поперечным сечением и принципиальная схема структуры энергетического уровня; b) кривая ток-напряжение, кривая яркости-напряжения и внешняя квантовая эффективность, соответствующая трем перовскитным светодиодным устройствам - кривая яркости; c) статистическое распределение внешней квантовой эффективности трех перовскитных светодиодных устройств; d) кривые тока-напряжения трех перовскитных одноэлектронных и одноствольных устройств; e) На основе обработки TFPPO Кривая срока службы перовскитных светодиодных устройств.
Как показано на рисунке 2, эта пленка имеет однородную и плотную морфологию поверхности, с длиной волны излучения 517 нм, половинной шириной всего 20 нм и эффективностью фотолюминесценции, близкой к 100%. Подготовленное зеленое светодиодное устройство имеет внешнюю квантовую эффективность 25,6% и срок службы 2 часа при яркости 7 200 кд м-2, что намного превышает аналогичные устройства, о которых сообщается в настоящее время.
Профессор Вэй Чжаньхуа сказал, что за последние несколько лет производительность устройства и срок службы перовскитных светодиодов были значительно улучшены, но еще предстоит пройти долгий путь. В будущем потребуется больше ученых для совместной работы над улучшением производительности стационарного выхода, высокоэффективной повторяемости устройства и многоцветных спектральных выходных характеристик устройства.
В статье доктор Ма Дунсинь, постдокторант Университета Торонто, был первым автором. Она провела годичное выездное исследование в Университете Хуацяо; Доктор Кебин Линь из Университета Хуацяо был вторым автором и также внес важный вклад в работу. Профессор Эдвард Х. Сарджент и профессор Вэй Чжаньхуа являются соответствующими авторами. Эта исследовательская работа была решительно поддержана Национальным фондом естественных наук Китая, Фондом естественных наук провинции Фуцзянь и Фондом научных исследований Университета Хуацяо. (