近日，鄭州大學材料物理教育部重點實驗室的史志鋒副教授等人與吉林大學合作，在新型鈣鈦礦基發光器件方面取得新進展，成功制備出高效穩定的全無機鈣鈦礦綠光LED，該器件表現出非常優異的工作穩定性。相關結果發表在《納米快報》上。

 

　　鈣鈦礦材料最初引起人們的廣泛關注是在新型太陽能電池領域，在短短的幾年內鈣鈦礦基太陽能電池已實現超過22％的轉換效率，展現出良好的應用前景。但是，受限于鈣鈦礦薄膜較差的成膜特性以及相對較低的熒光量子效率，其在發光、顯示以及激光領域的發展一直比較緩慢。同時，穩定性不高也一直制約著傳統有機－無機雜化鈣鈦礦材料在光電器件中的應用。為了克服以上困難，研究人員嘗試采用全無機鈣鈦礦CsPbBr3量子點作為發光層來改善器件的發光性能。該新型量子點體系采用簡單的低溫溶液方法制備，熒光量子效率超過85％，較傳統的鎘系量子點具有更高的發光純度。

　　圖1：上方為p－MgNiO／CsPbBr3／n－MgZnO／n＋－GaN器件結構示意圖，以及器件在8伏偏壓下的發光照片；下方為鈣鈦礦LED連續工作10小時下的發光強度衰減曲線，插圖顯示在不同工作時間內的器件發光照片。

 

　　該工作得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金以及鄭州大學優秀青年教師發展基金等項目的支持。對于鈣鈦礦LED而言，工作穩定性是限制其走向實用化的關鍵。而目前已報道的鈣鈦礦基LED均是采用有機或聚合物材料作為電荷注入層，其本身的不穩定性不利于器件在大電流下的長時間工作。鄭州大學材料物理教育部重點實驗室的史志鋒等人創新性地采用無機氧化物半導體作為電荷注入層，首次制備出基于CsPbBr3量子點的全無機異質結構（p－NiMgO／CsPbBr3／n－MgZnO／n＋－GaN），該器件的亮度可達3809 cd／m2，外量子效率約為2．39％。更重要的是，該多層異質結構器件在無封裝、空氣環境條件下，可在直流驅動下連續工作10小時以上，其工作穩定性要大大優于采用傳統聚合物材料（如PCBM、PEDOT等）作為載流子注入層的鈣鈦礦LED。該器件結構既可以充分發揮CsPbBr3量子點材料高光學增益的獨特優勢，又能結合Zn（Mg）O、Ni（Mg）O系薄膜材料工藝成熟、導電穩定和結晶特性良好等優點，對于新型鈣鈦礦LED的研制及其電致發光的物理機制研究具有重要意義。這對未來高穩定性鈣鈦礦基LED的設計與發展提供了新的思路，有望推動其產業化進程。

 

　　該工作得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金以及鄭州大學優秀青年教師發展基金等項目的支持。