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掺杂增强近程有序实现钙钛矿纳米晶近100%紫光发射效率

全无机钙钛矿纳米晶具有半峰宽窄、带隙可调、量子产率高等一系列卓越的光电性能,被认为是一类极具应用潜力的新一代半导体光电材料,受到国内外研究者的广泛关注。目前,全无机钙钛矿纳米晶在绿光和红光区域的荧光量子效率均可达到90%以上,但该类纳米晶在紫光波段效率低下,限制了其在短波发射光电器件方面的应用。近日,苏州大学材料与化学化工学部的孙洪涛教授(点击查看介绍)课题组在制备高效紫光发射全无机钙钛矿纳米晶方面取得了重要突破,首次通过非光学活性离子等价掺杂制备出量子效率接近100%的紫光发射全无机钙钛矿纳米晶,并系统研究了发光效率显著提高的内在机理,相关研究结果发表在Journal of the American Chemical Society 上。


离子掺杂作为半导体材料中广泛使用的材料性质调控技术,在卤化物钙钛矿中亦受到了广泛的重视。一些金属离子如Bi3+、Mn2+等已成功掺入卤化物钙钛矿中,但是这类掺杂会产生新的发光带,存在钙钛矿到掺杂离子的能量转移,极大限制了钙钛矿材料的带边发射。另外,卤化物钙钛矿纳米晶紫光发射效率低下的内在机理尚不明确,缺乏针对性的策略克服这一科学难题。针对这一难题,孙洪涛教授课题组提出通过选择性掺入合适的离子提高晶体缺陷形成能的策略获得高质量的卤化物纳米晶,从而实现高效的紫光发射。鉴于Ni2+极易形成八面体配位的优点,实验中他们选择这一离子进行掺杂,使CsPbCl3纳米晶的发光效率提升到96.5%。通过X射线吸收光谱、固体核磁及量化理论计算,他们发现Ni的引入可以有效地抑制结构缺陷,提高缺陷形成能,进而使CsPbCl3结构的短程有序性增加,最终实现了接近100%的发光效率。有趣的是,该方法具有很好的普适性,在CsPb(Cl,Br)3纳米晶体系中同样适用。


该工作为调控卤化物钙钛矿的光电性质提供了新的思路,使钙钛矿纳米晶在整个可见波段接近100%的发光效率变为现实,为后续光电器件的应用奠定了基础。


该论文作者为:Zi-Jun Yong, Shao-Qiang Guo, Ju-Ping Ma, Jun-Ying Zhang, Zhi-Yong Li, Ya-Meng Chen, Bin-Bin Zhang, Yang Zhou, Jie Shu, Jia-Li Gu, Li-Rong Zheng, Osman M. Bakr and Hong-Tao Sun

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Doping-Enhanced Short-Range Order of Perovskite Nanocrystals for Near-Unity Violet Luminescence Quantum Yield

J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b04763


导师介绍

孙洪涛

http://www.x-mol.com/university/faculty/12942


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