11.6%，鈣鈦礦發(fā)光二極管外量子效率被刷新
近日，南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在環(huán)境友好型鈣鈦礦發(fā)光二極管方面取得重大突破，在國際上首次將錫基近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管外量子效率提升至11.6%，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然—納米技術(shù)》上。
錫基鈣鈦礦具有環(huán)境友好、維度可調(diào)和光電特性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，是替代傳統(tǒng)鉛基鈣鈦礦的理想材料之一，然而，目前錫基鈣鈦礦光電器件性能遠(yuǎn)落后于鉛基鈣鈦礦器件。“三維鈣鈦礦結(jié)晶速度過快導(dǎo)致薄膜缺陷密度高，而準(zhǔn)二維鈣鈦礦體異質(zhì)結(jié)存在大量的異質(zhì)維度界面，不利于載流子的高效輻射復(fù)合。”南京工業(yè)大學(xué)教授王建浦指出，近年來，科研人員在開發(fā)環(huán)境友好的錫基鈣鈦礦材料中還遇到不少瓶頸，“盡管傳統(tǒng)的外延生長方法可獲得低缺陷、單一界面的高質(zhì)量二維/三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，但是復(fù)雜苛刻的制備工藝，限制了其在大面積鈣鈦礦薄膜及器件中的應(yīng)用。”
為此，該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了簡便的一步溶液外延生長方法，通過簡單旋涂制備出可大面積化的高質(zhì)量二維/三維錫基鈣鈦礦異質(zhì)雙層薄膜。南京工業(yè)大學(xué)副教授常進(jìn)介紹道，研究團(tuán)隊(duì)基于前驅(qū)體溶液的化學(xué)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)三維和二維錫基鈣鈦礦的自發(fā)分步結(jié)晶，“和湖水結(jié)冰時水面先結(jié)冰現(xiàn)象類似，在溶劑揮發(fā)和添加劑的共同作用下，三維鈣鈦礦先在溶液表面結(jié)晶，隨后在加熱退火過程中，二維鈣鈦礦再以三維鈣鈦礦為模板緩慢向下生長，最終兩者像‘焊接’過一樣，牢牢地貼合在一起。”
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于這一方法構(gòu)筑的錫基近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管外量子效率達(dá)到11.6%，刷新了該團(tuán)隊(duì)前期保持的世界效率紀(jì)錄8.3%。該研究在國際上首次利用一步旋涂法實(shí)現(xiàn)了大面積外延生長的高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜，突破了傳統(tǒng)外延方法在大面積器件制備方面的局限性，不僅為進(jìn)一步提升錫基鈣鈦礦發(fā)光二極管器件性能提供了全新的思路和方法，而且對制備高質(zhì)量鈣鈦礦半導(dǎo)體材料和推動鈣鈦礦光電子領(lǐng)域的快速發(fā)展也具有重要意義。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-023-01588-9
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