Ny tilgang til forbedring af perovskitfilmers stabilitet og optiske egenskaber

Metalhalogenidperovskitter betragtes som næste generations materialer til lysemitterende enheder (LED'er). Nylig forskning ledet af en videnskabsmand fra City University of Hong Kong (CityU) har resulteret i en ny og effektiv fremstillingstilgang til fremstilling af uorganiske perovskitfilm med bedre optiske egenskaber og stabilitet, muliggør udvikling af perovskit-lysdioder med høj farve-renhed og lav pris med en høj driftstid.

Perovskite LED'er (PeLED'er) er en spirende lysemitterende teknologi med fordele ved lave fremstillingsomkostninger, høj lyskvalitet og energieffektivitet. Metalhalogenid (betyder forbindelser af metaller med chlor, brom eller jod) perovskitter har for nylig tiltrukket stor opmærksomhed som lovende materialer til løsningsbehandlede lysdioder, på grund af deres fremragende optiske egenskaber, såsom mættede emissionsfarver og let farvejustering.

I særdeleshed, perovskitter baseret på uorganiske cæsiumkationer, nemlig CsPbX ₃ (hvor X kan være klor, brom og jod), udviser bedre termisk og kemisk stabilitet sammenlignet med de organisk-uorganiske 'hybrid' metalhalogenidperovskitter, og kan dermed give grundlaget for højtydende lysdioder med rimelig driftsstabilitet. Men de tidligere uorganiske PeLED'er udviste relativt dårlige elektro-luminescensydelser på grund af deres store perovskitkornstørrelser.

Nu har et team af forskere ved CityU og ved Shanghai University på det kinesiske fastland udviklet en effektiv fremstillingstilgang til at lave glatte uorganiske perovskitfilm med væsentligt forbedret ydeevne og stabilitet. Deres resultater fremgår af det seneste nummer (2019, 10, 665) i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation , med titlen "Trifluoroacetat induceret småkornede CsPbBr ₃ perovskitfilm resulterer i effektive og stabile lysemitterende enheder. "

Teamet har fundet ud af, at brug af cæsiumtrifluoracetat (TFA) som cæsiumkilde i et-trins-opløsningsbelægningen, i stedet for det almindeligt anvendte cæsiumbromid (CsBr), muliggør hurtig krystallisering af småkornede CsPbBr ₃ perovskitkrystaller, danner de glatte og pinhole-fri perovskitfilm. Dette skyldes, at TFA-anioners interaktion med Pb ₂ ⁺ kationer i CsPbX ₃ forløberopløsning forbedrer i høj grad krystallisationshastigheden af ​​perovskitfilm og undertrykker overfladefejl.

Som resultat, teamet har formået at lave effektive og stabile grønne PeLED’er baseret på disse film, med en maksimal strømeffektivitet på 32,0 cd A -1 svarende til en ekstern kvanteeffektivitet på 10,5% - et niveau, der generelt anses for tilfredsstillende i eksisterende PeLED'er.

Vigtigere, de uorganiske perovskit-lysdioder baseret på disse film viste en rekorddriftstid. De har en halveringstid på over 250 timer ved en indledende luminans på 100 cd m-2, hvilket er en 17-faldig forbedring i driftstiden sammenlignet med CsBr-afledt PeLED.

"Vores undersøgelse tyder på, at den høje farve-renhed og billige uorganiske blyhalogenid-perovskitfilm kan udvikles til meget effektive og stabile lysdioder via en simpel optimering af korngrænserne, "siger Andrey Rogach, Formand Professor i fotoniske materialer ved CityU, som er en af ​​korrespondanceforfatterne til papiret.

"Jeg forudser et betydeligt anvendelsespotentiale for sådanne film, da de er lette at fremstille og let kan deponeres ved udskrivning for at realisere forskellige optoelektroniske enheder, "tilføjer han.

En anden korrespondanceforfatter til papiret er professor Yang Xuyong fra Shanghai University. De første forfattere er Wang Haoran ved Shanghai University og Zhang Xiaoyu, en tidligere gæsteforskningsstuderende ved CityU, arbejder nu som postdoc ved Jilin University.