西工大新聞網9月22日電 近年來，鈣鈦礦材料成為新一代的明星材料，其研究開發熱潮大有超越石墨烯之勢。西北工業大學柔性電子前沿科學中心黃維院士團隊在鈣鈦礦材料基礎上先後創造性地實現了其在信息顯示、太陽電池、信息存儲、X射線探測和信息通訊等領域的應用，先後在Nature（《自然》）、Nature Materials（《自然•材料》）、Nature Photonics（《自然•光子學》）、Nature Electronics（《自然•電子學》）、Nature Energy（《自然•能源》）、Nature Communications（《自然•通訊》）等世界頂尖期刊上發表了一系列創新性研究成果，引起了國際同行廣泛關注。
由於全無機鈣鈦礦CsPbI3具有合適的帶隙（~1.7eV）和優異的熱穩定性，在光伏電池、發光二極體等光電器件的研究中引起了廣泛的興趣。然而形成具有光電活性的黑相CsPbI3，一般需要高溫退火（300 ~ 370℃）以克服相轉變所需要的能壘。並且在外界環境下，黑相CsPbI3很容易自發轉變成不具有光電活性的黃相，從而限制了其在光電器件中的應用。前人的研究表明，在鈣鈦礦電池的前驅體溶液中加入氫碘酸可以有效降低成相溫度，雖然其作用機制還存在爭議性。但是針對發光應用而言，這種低溫成相法製備的鈣鈦礦薄膜的缺陷偏高以及螢光量子效率低下（小於1 %），導致無法製備高性能發光二極體器件。另外，CsPbI3膠體量子點雖然可以實現高效的發光，但是高質量的量子點合成同樣需要利用高溫熱注入過程，且後期需要複雜的配體處理。同時，量子點發光涉及激子過程，容易發生非輻射俄歇複合，進而導致發光器件在大電流下效率滾降，影響器件應用，成為一個世界性的難題。
近日，黃維院士、王建浦教授團隊的伊昌副教授，創造性地提出通過中間相工程，調控相轉變路徑，低溫製備可高效發光的CsPbI3薄膜的新思路。通過引入有機胺鹽，在原位成膜過程中首先低溫形成了一種中間相（一維或二維鈣鈦礦），隨後在氧化鋅基底吸質子作用下分解並與游離的銫離子發生離子置換，形成黑相CsPbI3。反應動力學研究表明，此類型的相轉變路徑具有普適性，並可以有效降低形成黑相CsPbI3所需要的活化能壘。這種低溫製備的黑相CsPbI3薄膜具有很高的質量，螢光量子效率達到38%。製備的發光二極體外量子效率（EQE）達到10.4%，在100mA cm−2大電流下EQE保持在8%，紅光鈣鈦礦器件效率滾降得到明顯抑制。
相關工作是與瑞典林雪平大學高峰教授課題組合作完成的，近日以「Intermediate-phase-assisted low-temperature formation ofγ‑CsPbI3films for high-efficiency deep-red light-emitting devices」為題發表在Nature Communications（《自然·通訊》）雜誌上。伊昌副教授和碩士研究生劉超為共同第一作者，通訊作者為黃維院士、王建浦教授和高峰教授。該研究工作得到了中國國家自然科學基金委員會以及歐洲研究委員會的經費支持。
文章連結：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18380-1
（審稿：王凡華）