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长春光机所在高效钙钛矿量子点的制备及其光电器件应用取得突破性进展
2019-07-03 发光室 曾庆辉
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  近日,中科院长春光机所曾庆辉副研究员课题组提出一种由于CsPbBr3Cs4PbBr6的结构转变诱导的高效荧光钙钛矿纳米晶,所制备的钙钛矿纳米材料的荧光量子效率可达99%,并将这种高荧光量子产率的材料应用于LED器件方面,该工作对于钙钛矿量子点在光电器件领域的应用具有十分重要的意义。该成果发表在英国皇家化学学会的《Journal of Materials Chemistry C》(SCI影响因子6.641)杂志上(J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 7548--7553)。基于该项工作的出色研究成果,被杂志选为首页封面文章。该文章的第一作者是在读博士研究生苏莹,通讯作者是曾庆辉。 

  全无机钙钛矿纳米材料于其优异的光学性能(如较高的荧光量子产率、激发谱线宽、较窄的荧光发射光谱、发射光谱可调等优异的光学性能),在LED、激光器和太阳能电池等光电领域得到了广泛的应用研究。随着全无机钙钛矿量子点的快速发展,钙钛矿家族如Cs4PbBr6,Cs2PbBr4 以及CsPb2Br5等钙钛矿衍生物受到科研工作者越来越多的关注。近几年,研究主要集中在“非发光”的Cs4PbBr6纳米晶和“发光”的CsPbBr3量子点的化学转化方面。但迄今为止,这种转化过程中存在的明显荧光增强的作用及其背后的深层机制并未得到解释。 

  曾庆辉等科研人员通过添加ZnBr2作为诱导剂,实现了由CsPbBr3量子点向Cs4PbBr6纳米晶转化,并解释了在这种转化过程中存在的明显的荧光增强作用(CsPbBr3量子点的荧光量子产率由58%提高到99%)及其背后的深层机制。同时,察到Cs4PbBr6纳米晶的精准的发光峰位置(336nm),解决了之前存在的争议问题。 

  通过添加ZnBr2作为诱导剂的方法实现了从CsPbBr3量子点逐渐转变为Cs4PbBr6纳米晶,并且光致发光峰的位置保持在517nm而没有太多偏差。在从CsPbBr3量子点到Cs4PbBr6纳米晶的转化过程中,剩余的CsPbBr3量子点的荧光量子产率仍然保持高达近99%,这是由于CsPbBr3量子点中发生的“适者生存”过程和非辐射跃迁减少的过程。有趣的是,当将诱导剂含量增加至95%时,得到了近似单相的Cs4PbBr6纳米晶结构。通过监测它的吸收和发射光谱,获得了336 nm的发射峰,这与之前的公开发表的理论研究一致,从而表明Cs4PbBr6纳米晶的精确发光峰位置。进一步直接阐明,先前在CsPbBr3Cs4PbBr6共存的混合纳米晶结构中看到的绿色发射峰仅来自CsPbBr3量子点的发光而不是Cs4PbBr6纳米晶。通过与香港中文大学的研究人员合作,基于优化了的CsPbBr3高荧光量子点制备了绿光LED器件,其亮度的最大值高达1941.6 cd/m2,最大外量子效率EQE)约为1.21%,这为未来获得高效荧光CsPbBr3钙钛矿量子点和相应的富有成效的光电器件开辟了新的途径。 

    目前,该工作基于曾庆辉课题小组在钙钛矿量子点的制备及其应用的前期研究工作基础上取得了突破性进展,并得到了吉林省科技发展计划项目的支持。


杂志首页封面页

ZnBr2诱导剂作用下CsPbBr3Cs4PbBr6钙钛矿纳米晶结构转换的示意图

不同比例ZnBr2诱导剂作用下CsPbBr3Cs4PbBr6钙钛矿纳米晶在自然光(a)和紫外灯照射下(b)的照片、荧光量子效率(c)和荧光寿命(e);Cs4PbBr6钙钛矿纳米晶的吸收以及荧光发射光谱(d

a)钙钛矿量子点做成LED器件前后的荧光发射光谱和器件照片结果

bLED器件的亮度和外量子效率结果

(发表文章链接:https://doi.org/10.1039/C9TC01763A)

 

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