提高钙钛矿薄膜稳定性，创造全无机钙钛矿LED寿命新纪录！

金属卤化物钙钛矿（metal halide perovskites）被视为用于制造发光二极管（LED）器件的未来新一代物料，钙钛矿LED也因此吸引了越来越多的科研人员投入研究。最近由香港城市大学（香港城大）与其他院校的科研人员共同领导的一项联合研究便取得成果，研究团队开发出一种崭新而高效的制造方法，能生产出光学性能和稳定性更佳的全无机钙钛矿薄膜，并用于制造高色纯度、低成本和寿命更长的钙钛矿LED器件。

钙钛矿LED是一种新兴的发光技术，不仅制造成本低，而且光质量高和节能环保。金属卤化物钙钛矿（即含有氯、溴或碘的金属化合物）因具有良好的光学性能，如发光颜色更饱和和易于调色等，近年来引起了广泛关注， 被视为用于溶液制备LED器件的极具潜力的物料。

尤其值得指出的是，以无机铯阳离子制成的钙钛矿，即CsPbBr₃（X可以是氯、溴或碘），相较有机─无机的“杂化”金属卤化物钙钛矿，前者的热稳定性和化学稳定性更佳，因而有希望成为高效能、运行稳定性良好的LED器件的基础。然而，由于以往的无机钙钛矿晶粒尺寸较大，导致所制造出来的钙钛矿LED的电致发光性能较差。如何减少晶粒尺寸、优化晶粒晶界，使钙钛矿薄膜的表面光滑和无缺陷，成为目前大幅提高全无机钙钛矿LED应用价值的关键所在。

最近，香港城大和上海大学合组的一支研究团队，便开发出一种有效的方法，能制造出表面光滑的无机钙钛矿薄膜，使其性能和稳定性均显着提升。 他们的研究结果最近以“用三氟乙酸为基础的小晶粒CsPbBr₃钙钛矿薄膜制造出高效稳定的发光器件”（Trifluoroacetate induced small-grained CsPbBr₃ perovskite films result in efficient and stable light-emitting devices）为题，发表在科学杂志《自然通讯》（2019,10,665）上。

研究团队发现，在一步法溶液涂层(one-step solution coating)中使用较高溶解度的三氟乙酸铯（cesium trifluoroacetate, CsTFA）作为铯源，取代常用的溴化铯（CsBr），可以使CsPbBr₃钙钛矿晶体快速结晶成小晶粒，形成光滑平整且无针孔的钙钛矿薄膜。这是因为TFA阴离子与Pb2+阳离子在CsPbBr₃前驱液中产生相互作用，大大加快了钙钛矿薄膜的结晶速度，并抑制了表面出现的缺陷。

因此，研究团队成功利用这些薄膜，制造出了高效和稳定性良好的钙钛矿LED发光极管，当钙钛矿LED发出绿色光时，最大电流效率为32.0 cd A-1 ，最高外量子效率为10.5%——在现有的钙钛矿LED 器件中，这是令人相当满意的水平。

更重要的是，以这些薄膜制造的全无机钙钛矿LED器件，显示出了创纪录的运行寿命。当初始亮度为100 cd m-2时，这些器件的半衰期（half-lifetime）超过250小时，与CsBr制造的钙钛矿LED器件相比，寿命延长了17倍，成为目前无机钙钛矿发光二极管最长的器件运行寿命。

“我们的研究表明，只要简单地优化晶粒晶界，便可利用高色纯度和低成本的全无机卤化铅钙钛矿薄膜，制造出高效稳定的LED器件。”本论文的通讯作者之一、香港城大材料科学及工程学系光子材料讲座教授Andrey Rogach说。

“我预视到这种薄膜有巨大的应用潜力，因为它们易于制造，并可通过打印沉积，以制造各种光电器件。”他补充道。

Andrey Rogach教授同时也是香港城大的功能光子研究中心主任。他从事化学合成纳米材料的制备和光学光谱的相关研究已有25年，发表了超过400篇论文，并获广泛引用（超过40,000次），获科睿唯安（Clarivate Analytics）选为2018年高度被引用研究人员之一。他于2011年汤森路透的“全球顶尖100名材料科学家(2000-2010)”排名中排第51位。他现为国际著名期刊ACS Nano杂志副主编。

本论文的另一位通讯作者是上海大学的杨绪勇教授。共同第一作者是上海大学的王浩然，以及曾在香港城大当访问研究生、现为吉林大学博士后的张晓宇。

DOI number: 10.1038/s41467-019-08425-5

本文已于 “香港城大研创” 微信公众号发布。
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