金属卤化物钙钛矿凭借其优异的光物理性能(例如有效的辐射复合、较高的色纯度、带隙可调性等)和简便的溶液操作,已成为高效平面发光二极管 (light-emitting diodes,LEDs) 的强有力竞争者,在光学显示器和照明方面具有巨大商业潜力。目前,提高 LEDs 性能的主流方法是通过减小晶粒尺寸以增强空间激子限域(量子限域效应)和钝化晶界以抑制非辐射复合来提高材料的光致发光量子产率 (photoluminescence quantum yield,PLQY)。尽管胶体钙钛矿量子点 (quantum dots,QD)获得了很高的 PLQY,但是由于发射光子输出耦合效率差 (out-coupling efficiency,OCE ),导致只有~50%的发射光从活性层中逸出。更为重要的是,由于钙钛矿成膜的不均匀性以及材料稳定性差(较低的耐湿性限制在手套箱中进行)等问题,加之基板尺寸限制,通过广泛采用的旋涂方法制造出具有大面积或非平面(曲面)LEDs具有巨大的挑战。
鉴于此,香港科技大学范智勇团队采用近距离气相反应方法(CSVR)在疏水多孔氧化铝膜 (porous alumina membranes,PAM) 中展示了具有高度均匀的结晶钙钛矿量子线 (quantum-wire,QWs) 阵列。该生长方法具有普适性,改变不同组分的金属卤化物钙钛矿(即 APbX3(A = Cs,MA);X = I、Br、Cl 或组合)均可实现在大面积平面和 3D 球形基底上成功制备,并且PL覆盖整个可见光波段(蓝色、青色、绿色和红色)。MAPbBr3 QWs 阵列在环境条件下显示 92% 的PLQY和保持 50% PL (TPL50) 的时间为 5,644 小时。将MAPbBr3 QWs用于平面 LED,在环境条件下具有 31,667 cd m-2 的高峰值亮度和 16.9 小时的长寿命。受益于 PAM 基板、CSVR 工艺和空穴传输层 (HTL) 蒸发的可扩展性,MAPbBr3 QWs LED 表现出优异的可扩展性。通过该方法实现了具有电致发光 (electroluminescence,EL) 的四英寸晶圆级 LED 器件的成功制备,并且CSVR QWs 生长的共形特性能够制造出独特的 3D 球形 LED 器件。