曾海波:α-δ晶相工程大幅提升钙钛矿光电器件稳定性

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最近，研究人员证实以铯(Cs)为A位形成的无机铯-卤化铅钙钛矿(CsPbX3)可以有效地规避甲基胺钙钛矿中氢键造成的热稳定性差、A位离子迁移等问题。此外，上述无机钙钛矿纳米晶(NC)在整个可见光区域具有窄的发射，以及接近100%的高光致发光量子产率(PLQY)。因此，CsPbX3作为发光材料的红、绿、蓝纯三基色发光二极管(LED)在宽色域全彩显示器领域中显示出巨大的潜力。自首次应用于LED以来，无机钙钛矿基发光二极管(PeLED)的亮度和外量子效率(EQE)均有显著改善。然而，相比绿光波谱段发光的CsPbBr3 LED的进步， CsPbI3的红光LED发展缓慢。计算和实验结果均表明，CsPbI3有两种相：红光辐射的α-CsPbI3和非辐射、非钙钛矿的δ-CsPbI3。α相只能在温度高于300°C时存在，室温下，α-CsPbI3会发生自发相转变为δ相，导致红光辐射复合减少、非辐射复合损失提升，造成器件性能不佳。因此，在室温下实现相稳定α-CsPbI3是开发高性能稳定红色LED的紧迫挑战。

近日，南京理工大学曾海波教授、徐晓宝教授、宋继中教授等报道了一种可行的相调控方法，即在CsPbI3中加入长链阳离子(例如2-(1-萘基)乙胺(NEA))，室温下获得稳定和高性能的CsPbI3基红色发光二极管(LEDs)，成果以题为“Stable, Efficient Red Perovskite Light-Emitting Diodes by (α, δ)-CsPbI3 Phase Engineering”的研究论文发表于Adv. Funct. Mater.。上述CsPbI3基红色发光二极管在≈682 nm处的特征红色波谱段发光(CIE, 0.71,0.27)，实现了8.65 % 的高EQE，是迄今为止铯基红色PeLED中的最高值。 更重要的是，相应的PeLED具有出色的稳定性，其EQE在储存3个月后仍可保持90%。上述结果验证了以铯基无机钙钛矿作为甲基胺(MA)或甲脒(FA)基钙钛矿的替代物的潜力，有望在稳定、高性能太阳能电池、探测器以及发光二极管等光电器件中获得成功，从而推动钙钛矿光电器件的实际应用。

综上所述，作者已成功合成具有NEA掺入调控晶相的α-CsPbI3，同时进行了系统实验和DFT计算，以研究添加剂对相调控及其相关光电性能的影响。结果表明，通过在CsPbI3钙钛矿系统中掺入NEA，可观察到较低的α-CsPbI3形成能。同时，α-CsPbI3表面上疏水性NEA的紧密覆盖也可以显著提高α-CsPbI3的稳定性和光电性质。稳定α-CsPbI3的成功获得有望为红带发射提供有效的辐射复合中心。上述结果加深了添加剂对相稳定性影响的深刻理解，并向高效、稳定的PeLED迈出了重要的一步。

文献链接：Stable, Efficient Red Perovskite Light-Emitting Diodes by (α, δ)-CsPbI3 Phase Engineering(Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201804285)