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本報(bào)訊（記者溫才妃 通訊員周偉）日前，中科院院士黃維和南京工業(yè)大學(xué)教授王建浦、王娜娜團(tuán)隊(duì)基于對(duì)添加劑誘導(dǎo)結(jié)晶過(guò)程的研究，設(shè)計(jì)出具有氨基和羧基雙官能團(tuán)的新型添加劑分子，制備的近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）器件外量子效率（電轉(zhuǎn)化成光的量子效率）達(dá)22.2%，刷新了近紅外鈣鈦礦LED的效率紀(jì)錄。研究成果近日刊登于《自然—通訊》。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料被認(rèn)為是最有前途的半導(dǎo)體材料之一，在LED、太陽(yáng)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，引入添加劑進(jìn)行缺陷鈍化是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦材料的有效策略，然而目前關(guān)于添加劑對(duì)鈣鈦礦晶體形成過(guò)程的影響還缺乏深入理解。

該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦的結(jié)晶過(guò)程是由添加劑與前驅(qū)體溶液中的甲酰胺碘（FAI）相互作用決定的。

王娜娜表示，含氨基的添加劑能與FAI形成中間結(jié)構(gòu)，使前驅(qū)體中游離的FAI耗盡，這有利于溶液法制備薄膜初期從溶液表面垂直向下生長(zhǎng)鈣鈦礦晶體，最終在退火過(guò)程（也就是高溫加熱使薄膜中液體揮發(fā)掉的過(guò)程）中，形成結(jié)晶性高、晶界少的垂直取向鈣鈦礦晶體。相反，與甲酰胺碘相互作用較弱的添加劑則對(duì)結(jié)晶過(guò)程的影響較小，主要是鈍化鹵化物空位的缺陷，填補(bǔ)晶體上一些缺失部位。

基于這一認(rèn)識(shí)，研究人員設(shè)計(jì)了具有氨基和羧基雙官能團(tuán)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(dá)22.2%，再次刷新了鈣鈦礦LED的效率紀(jì)錄。

該研究還給出了一種添加劑篩選的普適性方法，對(duì)實(shí)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，選擇添加劑，一方面需要具有可以鈍化缺陷的官能團(tuán)，另一方面需要具有類(lèi)似氨基的官能團(tuán)使鈣鈦礦晶體垂直取向生長(zhǎng)，以使晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量更高?！?王建浦說(shuō)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-25407-8

2021年9月23日《中國(guó)科學(xué)報(bào)》第4版：http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/9/365477.shtm