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我校吴丹课题组与合作者在国际顶级期刊《Nature》上发表论文
信息来源:       时间:2021-12-02      浏览次数:

2021年11月24日,我校新材料与新能源学院助理教授吴丹与多伦多大学电子与计算机工程系Edward H. Sargent教授团队和华侨大学发光材料与信息显示研究院、材料科学与工程学院魏展画教授团队,以“Distribution control enables efficient reduced-dimensional perovskite LEDs”为题在国际顶级期刊Nature(Q1, IF:49.962)发表最新研究成果。该工作通过缺陷钝化和发光中心维度调控,实现了钙钛矿LED器件性能和寿命的大幅提升,有望应用于新型显示和照明等领域。文章第一作者是马冬昕博士,第一单位是加拿大多伦多大学。我校是第六作、第三完成单位。值得一提的是,该工作是我校作为作者单位之一首次出现在Nature正刊上。

在该工作中,吴丹助理教授聚焦于光学理论模型构建及对低维钙钛矿发光二极管的光能量传输与耗散通道的进行定性与定量分析。针对特定器件结构,结合材料复折射率的实验表征数据所构建的光学理论模型可以完成低材料成本、高效率的数值实验,实现对器件外量子效率共同产生影响的多因素进行解耦合分析;剥离无关变量,分析清楚核心影响参量的作用机理与影响范围,揭示光能量在器件功能层中的传输机理和多种耗散途径;分析有源层载流子复合中心位置,明晰其对外量子效率的影响,为器件整体性能分析打下光学理论基础。

金属卤化物钙钛矿具有优异的光电特性,如摩尔吸收系数高、载流子迁移距离长、能带隙可调、缺陷容忍度高等,在太阳能电池和发光二极管(LED)等领域有着广阔的应用前景。基于微观晶体结构的不同,低维金属卤化物钙钛矿呈现出量子限域效应,激子结合能较大,不易产生非辐射复合,发光效率较高等有利于将钙钛矿材料作为LED有缘层材料的特点。本研究面向低维金属卤化物钙钛矿材料的两大核心挑战提出低维金属卤化物钙钛矿的表面钝化——阱宽调控策略,显著提升低维钙钛矿发光二极管外量子效率。


图(a)表面钝化——阱宽调控策略;(b)钙钛矿LED器件的结构示意图、截面透射电镜图和能级结构示意图;(c)三种钙钛矿LED器件对应的电流-电压曲线、亮度-电压曲线和外量子效率-亮度曲线。


基于上述技术制备的钙钛矿薄膜具有均匀、致密的表面形貌,发光峰值波长517 nm,半峰宽(FWHM)仅20 nm,光致发光效率接近100%。所制备的绿光LED器件外量子效率高达25.6%,在7,200 cd m-2亮度下运行寿命达到2小时,远超目前报道的同类器件。全文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03997-z

这篇论文是吴丹助理教授 和华侨大学魏展画教授自2018年初开展合作后的第三个工作。前面两个工作分别聚焦在钙钛矿LED中传输层调控(Advanced Science IF:16.458https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202000689)和钙钛矿纳米晶生长取向调控提升光源发光效率(Journal of Materials Chemistry A IF:12.732https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta00093d )。经过几年合作聚焦核心问题,多家研究团队再次共同取得新进展。



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