《技术突破!研究者使用不稳定的钙钛矿制造出蓝光LED》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-03-26
  • 据报道,来自加州大学伯克利分校(UniversityofCalifornia,Berkeley,UCBerkeley)的科学家使用一种新型卤化物钙钛矿半导体材料制造出蓝光LED,克服了将这些廉价且易于制造的材料应用到电子器件中所面临的主要障碍。

    据悉,该研究结果已于1月24日发表在《科学》子刊《科学·进展》(ScienceAdvances)上,展示了在应用不稳定卤化物钙钛矿方面取得的技术突破,此材料不稳定主要在于它会随着温度、湿度及化学环境而变化,进而破坏其光学和电子特性。

    负责这项研究的加州大学伯克利分校化学系教授杨培东表示,制造发射蓝光的半导体二极管向来都是一个挑战。到目前为止,由钙钛矿制造出的红绿光LED已被证实,而蓝光LED则还没有。卤化物钙钛矿蓝光LED一直不稳定主要是因为其颜色会随着使用而转变为更长更红的波长。

    研究发现,卤化物钙钛矿的不稳定性是由钙钛矿晶体结构的独特性质所致,此结构是由金属和卤原子组成。当这些元素在溶液中混合一起然后干燥时,原子就会组成一个晶体。加州大学伯克利分校及伯克利实验室的化学家使用一种新技术以及铯、铅和溴等成分制造出发射蓝光的钙钛矿晶体。

    同时,该团队还发现这些晶体发射的光依赖于原子的排列及原子之间的距离,颜色随温度而变化。例如,一个在温度为300开尔文时发射蓝光(波长450纳米)的钙钛矿晶体可突然在450开尔文时发射蓝绿光。

    杨培东教授表示,蓝光钙钛矿颜色随着温度变化的特点可以带来有趣的应用。两年前,他展示了一扇由卤化物钙钛矿制成的窗户,在阳光下变黑暗,而在太阳下山时变得透明,而且还能产生光伏能源。

    他还指出,我们需要以不同的方式来考虑如何使用这类半导体材料,不应该将卤化物钙钛矿与硅等传统共价半导体(covalentsemiconductor)置于相同的应用环境中。我们需要意识到这类材料拥有固定的结构特性,可随时重新配置,这一点应该好好利用。

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    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:胡思思
    • 发布时间:2025-09-12
    • 钙钛矿量子点具有成本低、合成工艺简单、光谱连续可调等多种优势,近年来备受关注,发展迅猛,器件外量子效率已提高至20%以上。然而,量子点在纯化过程中容易产生缺陷,导致离子迁移,因此,钙钛矿发光器件的运行稳定性仍然滞后,阻碍了其在高清显示和精准生物治疗领域的进一步发展。 对于钙钛矿量子点,表面配体(如油胺、油酸)起到保护和限制的双重作用。通常,研究人员会使用极性溶剂清洗多余的配体,以获得配体密度合理的钙钛矿量子点。然而,与卤素原子结合的部分配体也会被同时去除,导致量子点表面产生卤素空位或未配位的Pb2+,成为表面缺陷和离子迁移通道,使器件在高电流密度下具有严重的效率滚降,同时运行稳定性受限。 近日,清华大学化学系马冬昕、段炼团队提出了一种晶格匹配的多位点分子锚设计策略,实现了高效稳定的钙钛矿量子点发光器件。团队依据CsPbI3的晶格特性,设计了一系列分子锚来提升量子点的光电性能。典型多位点分子锚TMeOPPO-p中的P=O和-OCH3基团间距为6.5?,与CsPbI3量子点的晶格间距(6.5?)相匹配,可提供多位点锚定相互作用,进而稳定晶格并抑制离子迁移。由此制备的量子点表现出高激子复合特性,荧光量子效率高达97%,在器件中表现出优异的电光转换性能:电致发光峰位于693nm,最大外量子效率26.91%,效率滚降极低,且在初始辐射亮度为190 mW sr?1 m?2(对应于发光峰为525nm钙钛矿绿光器件的100 cd m?2)下的工作半衰期为23420小时。 图1.分子锚的设计及理论计算 图2.器件光电性能