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《自然》：综合性能“最优”的近红外钙钛矿led问世 |
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钙钛矿材料因其具有优异的光电特性在发光二极管（led）、太阳能电池、光电探测器和激光器等光电器件领域展示了巨大的应用潜力。
近日，中国科学技术大学崔林松教授课题组与剑桥大学neil c. greenham教授团队合作，实现了兼具高亮度、高效率和高稳定性的近红外钙钛矿发光二极管，器件的最大外量子效率高达23.8%，最大辐射亮度达到663瓦特/(球面度·平方米)，器件预期寿命可达5万小时以上，器件性能达到国际领先水平，解决了该领域重要难题。3月16日，相关研究成果发表于《自然》杂志。
崔林松教授（中）课题组成员合影 周新宇 摄
崔林松介绍，“发光亮度、外量子效率和稳定性是决定钙钛矿led走向商业化应用的关键指标。然而，目前报道的大多数近红外钙钛矿led总是存在高亮度时效率太低、高效率下亮度太低的矛盾。如何在高亮度的同时保持高效率和高稳定性是钙钛矿led领域亟需解决的难题，也是制约其商业化应用的关键技术瓶颈。”
在此次研究中，研究团队设计开发了一种多功能分子稳定剂2-(4-甲砜基苯基)乙胺（mspe），用来精准调控钙钛矿材料的光电性能、晶体结构和形态学性质，大幅提升钙钛矿led在高亮度下的效率和稳定性。一方面，mspe通过氢键和配位键与钙钛矿中的组分相互作用，有效调控钙钛矿的结晶生长过程，提高了薄膜的结晶性和晶粒的规整性，并实现对钙钛矿表/界面缺陷有效钝化，大幅提升钙钛矿薄膜的发光效率和发光均一性；另一方面，mspe分子间通过氢键诱导形成自组装结构，抑制了传输层界面低能态的形成，消除了传输层界面对钙钛矿材料发光的淬灭。
得益于mspe对钙钛矿和传输层界面的协同钝化效应，研究人员实现了高亮度、高效率和高稳定性的近红外钙钛矿led。器件峰值外量子效率高达23.8%，并且在1000毫安/平方厘米的电流密度下，器件的外量子效率仍能超过10%，表现了超高的效率稳定性。在脉冲工作模式下，当电流密度高达4000毫安/平方厘米时，此时器件的外量子效率仍超过16%，并且辐射亮度达到3200瓦特/(球面度·平方米)，器件预期寿命可达5万小时以上，在当前外量子效率超过20%的近红外钙钛矿led中辐射亮度和稳定性都处于领先水平。
崔林松表示：“在高亮度下，实现高效稳定的钙钛矿led是迈向商业化的关键一步，有望在未来进一步实现钙钛矿电泵浦激光器中展示出巨大潜力。”
审稿人评价该项工作：“团队设计开发了新颖的多功能分子稳定剂，制备了有史以来综合性能最优近红外钙钛矿led，这些结果令人印象深刻，引起该领域研究人员的极大兴趣。”（来源：中国科学报 王敏）
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