钙钛矿发光二极管,外部量子效率创纪录达21.6%

来源:本站原创  作者:发光二极管  日期:2019年04月03日

  在《自然光子学》上我们看到;林雪平大学生产出高效的钙钛矿近红外(NIR)发光二极管,外部量子效率是21.6%;钙钛矿是由其晶体结构决定的一组材料,在过去10年中一直是人们研究的热点,最初用于太阳能电池,但新研究也用于发光二极管,具有良好的发光性能,易于制造。

钙钛矿结构

  钙钛矿通常有简单钙钛矿结构、双钙钛矿结构和层状钙钛矿结构。简单钙钛矿化合物的化学通式是,其中X通常为半径较小的或,双钙钛矿结构具有组成通式,层状钙钛矿结构组成较复杂, 研究较多的是具有通式以及具有超导性质的和三方层状钙钛等。研究最多的是组成为的钙钛矿结构类型化合物。

  组成为的钙钛矿结构类型化合物, 所属晶系主要有正交、立方、菱方、四方、单斜和三斜晶系.,A位离子通常是稀土或者碱土具有较大离子半径的金属元素,它与12个氧配位,形成最密立方堆积,主要起稳定钙钛矿结构的作用;B位一般为离子半径较小的元素(一般为过渡金属元素,如Mn、Co、Fe等),它与6个氧配位,占据立方密堆积中的八面体中心,由于其价态的多变性使其通常成为决定钙钛矿结构类型材料很多性质的主要组成部分。与简单氧化物相比,钙钛矿结构可以使一些元素以非正常价态存在,具有非化学计量比的氧,或使活性金属以混合价态存在,使固体呈现某些特殊性质。由于固体的性质与其催化活性密切相关,钙钛矿结构的特殊性使其在催化方面得到广泛应用。

钙钛矿应用及前景

  钙钛矿材料在太阳能电池方面的应用,不仅转换效率有明显优势,制作工艺也相对简单。因此,更便宜、更容易制造的钙钛矿太阳能电池,很有可能改变整个太阳能电池的格局。今后,它的发电成本甚至有可能会比火力发电还低。所以钙钛矿在太阳能发电方面的应用具有广阔的前景。钙钛矿太阳能电池还有潜力与硅电池板相结合,制造出效率达30%甚至更高的串联电池。另外无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池结构简单、制备步骤更加简化、更高的性价比,是新型钙钛矿太阳能电池研究的重要方向。

钙钛矿发光二极管缺陷及处理办法

  由于钙钛矿发光二极管的外部量子效率(以光形式发射的载流子比例)一直受到制造过程中材料中出现的缺陷限制,这些缺陷对载流子起着陷阱的作用,从而造成能量损失。处理缺陷的一种方法是添加被称为“钝化分子”的材料,这种材料与引起缺陷的原子相结合。研究人员此前发现了一种末端带有氨基的分子,这种分子在性质上有一定的改善。

  然而,当他们选择一种同样含有氧原子的分子时,这种效果显著增强。林雪平大学生物分子和有机电子学高级讲师冯高(音译)说:我们现在知道,是钝化分子和钙钛矿材料之间的氢键造成了问题。他们发现的分子末端有两个氨基,氧原子在它们之间的适当距离。氧原子降低了氨基的氢键能力,从而增加了它们与缺陷相互作用的可能性。钙钛矿中电荷载流子陷阱的数量显著减少,使电荷载流子能够有效地重新组合和发光。

  这种特殊钙钛矿材料在近红外区域提供高效的发光二极管。近红外发光二极管在医疗和电信应用中特别有用。相信新发现也可以应用于其他颜色的钙钛矿发光二极管。外部量子效率达到创纪录的21.6%。生物分子和有机电子学部门博士后徐维东说:我们已经开发出钙钛矿材料中最好的发光二极管,还可以与基于有机材料的发光二极管竞争。



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