金屬鹵化物鈣鈦礦材料被認為是最有前途的半導體材料之一，在發(fā)光二極管(LED)、太陽能電池和激光器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在鈣鈦礦光電器件領(lǐng)域，引入添加劑填補鈣鈦礦晶體的缺陷，是實現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦材料的有效策略，但目前關(guān)于添加劑對鈣鈦礦晶體形成過程的影響還缺乏深入的理解。
近日，中國科學院院士黃維和南京工業(yè)大學王建浦教授、王娜娜教授團隊基于對添加劑誘導結(jié)晶過程的研究，設(shè)計出具有氨基和羧基雙官能團的新型添加劑分子，制備的近紅外鈣鈦礦LED器件外量子效率達到22.2%，刷新了近紅外鈣鈦礦LED的效率紀錄，研究成果近日刊登在《自然·通訊》。
圖片來源：南京工業(yè)大學
如何用添加劑誘導鈣鈦礦材料形成高質(zhì)量鈣鈦礦晶體，這一作用機制尚不清晰。針對這一現(xiàn)狀，該研究團隊通過研究發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦的結(jié)晶過程是由添加劑與前驅(qū)體溶液中的甲酰胺碘相互作用決定的。
“含氨基的添加劑能與甲酰胺碘形成中間結(jié)構(gòu)，使前驅(qū)體中游離的甲酰胺碘耗盡，這將有利于在溶液法制備薄膜的初期，從溶液表面垂直向下生長鈣鈦礦晶體，最終在高溫加熱中，使薄膜中的液體揮發(fā)，形成結(jié)晶性高、晶界少的垂直取向鈣鈦礦晶體?！?王娜娜說。
相反，與甲酰胺碘相互作用較弱的添加劑，如羧基分子，對結(jié)晶過程的影響較小，主要是鈍化鹵化物空位的缺陷，填補晶體上一些缺失的部位。
圖片來源：南京工業(yè)大學
基于這一認識，研究人員設(shè)計了具有氨基和羧基雙官能團的新型添加劑分子，制備的近紅外鈣鈦礦LED器件，外量子效率達到22.2%，再次刷新了鈣鈦礦LED的效率紀錄?！巴ㄟ^加入一種新型的多功能添加劑，來控制結(jié)晶過程，填補晶體上的各種缺陷，從而大大提高了器件效率?！闭撐牡谝蛔髡咧炝詹┦勘硎?。
更重要的是，這項研究還給出了一種添加劑篩選的普適性方法，對實現(xiàn)高性能鈣鈦礦光電器件具有重要意義，“我們的研究表明，以后選擇添加劑，一方面需要具有可以鈍化缺陷的官能團，另一方面需要具有類似氨基的官能團使鈣鈦礦晶體垂直取向生長，這樣才可以使晶體生長的質(zhì)量更高。”王建浦教授表示。（來源：科技日報 記者金鳳）
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