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近日，鄭州大學(xué)材料物理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的史志鋒副教授等人與吉林大學(xué)合作，在新型鈣鈦礦基發(fā)光器件方面取得新進(jìn)展，他們創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并制備了一種全無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦LED，其發(fā)光效率和穩(wěn)定性大大優(yōu)于已有的鈣鈦礦基發(fā)光器件報(bào)道。相關(guān)成果在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters,DOI:10.1021/acs.nanolett.6b04116）上。

近期，鈣鈦礦材料在發(fā)光領(lǐng)域的潛在應(yīng)用開始引起人們的廣泛關(guān)注，已有許多關(guān)于鈣鈦礦材料在可見光LED方面的報(bào)道。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(fā)光、顯示以及激光領(lǐng)域的發(fā)展一直比較緩慢。同時，穩(wěn)定性不高也一直制約著傳統(tǒng)有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料在光電器件中的應(yīng)用。為了克服以上困難，研究人員嘗試采用全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3量子點(diǎn)作為發(fā)光層來改善器件的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。

圖1：上方為p-MgNiO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN器件結(jié)構(gòu)示意圖，以及器件在8伏偏壓下的發(fā)光照片；下方為鈣鈦礦LED連續(xù)工作10小時下的發(fā)光強(qiáng)度衰減曲線，插圖顯示在不同工作時間內(nèi)的器件發(fā)光照片。

除了作為發(fā)光層的CsPbBr3量子點(diǎn)體系，鈣鈦礦LED的配體材料（電荷傳輸層）對器件的工作效率和穩(wěn)定性的影響也非常大。而目前已報(bào)道的鈣鈦礦基LED均是采用有機(jī)或聚合物材料作為電荷注入層，其本身的不穩(wěn)定性不利于器件在大電流下的長時間工作。鄭州大學(xué)的史志鋒等人創(chuàng)新性地采用無機(jī)氧化物半導(dǎo)體作為電荷注入層，首次制備出基于CsPbBr3量子點(diǎn)的全無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)（p-NiMgO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN），該器件的亮度可達(dá)3809 cd/m2，外量子效率約為2.39%。更重要的是，該多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件在無封裝、空氣環(huán)境條件下，可在直流驅(qū)動下連續(xù)工作10小時以上，其工作穩(wěn)定性要大大優(yōu)于采用傳統(tǒng)聚合物材料（如PCBM、PEDOT等）作為載流子注入層的鈣鈦礦LED報(bào)道。該器件結(jié)構(gòu)既可以充分發(fā)揮CsPbBr3量子點(diǎn)材料高光學(xué)增益的獨(dú)特優(yōu)勢，又能結(jié)合Zn(Mg)O、Ni(Mg)O系薄膜材料工藝成熟、導(dǎo)電穩(wěn)定和結(jié)晶特性良好等優(yōu)點(diǎn)，這對未來高穩(wěn)定性鈣鈦礦基LED的設(shè)計(jì)與發(fā)展提供了新的思路，有望推動其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金以及鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年教師發(fā)展基金等項(xiàng)目的支持。