Il 25 novembre, il team del Professor Wei Zhanhua dell'Institute of Luminescent Materials and Information Display dell'Università di Huaqiao e della School of Materials Science and Engineering e il team del Professor Edward H. Sargent del Dipartimento di Ingegneria Elettronica e Informatica dell'Università di Toronto ha pubblicato congiuntamente una pubblicazione online nella principale rivista accademica internazionale Nature Research paper Il controllo della distribuzione consente di utilizzare LED in perovskite a dimensioni ridotte efficienti. Questo lavoro ha ottenuto un miglioramento significativo nelle prestazioni e nella durata dei dispositivi LED in perovskite attraverso la passivazione dei difetti e il controllo della dimensione del centro luminoso e si prevede che in futuro verrà applicato a nuovi campi di visualizzazione e illuminazione.
Nature è una delle riviste accademiche più influenti al mondo, dedicata a riportare e commentare le scoperte più importanti nella ricerca scientifica globale. Vale la pena ricordare che nel 2018 la Huaqiao University ha pubblicato per la prima volta il numero originale di Nature come unità di comunicazione. Tre anni dopo, la Huaqiao University ha nuovamente pubblicato i documenti ufficiali di Nature's come unità di comunicazione, segnalando che il livello di ricerca scientifica della scuola'è stato notevolmente migliorato ed è entrata nella corsia di sorpasso di sano sviluppo.
Le perovskiti ad alogenuri metallici hanno eccellenti proprietà optoelettroniche, come un elevato coefficiente di estinzione molare, una lunga distanza di migrazione del vettore, una banda proibita regolabile e un'elevata tolleranza ai difetti. Hanno ampie prospettive di applicazione nelle celle solari e nei diodi emettitori di luce. Sulla base della differenza nella struttura cristallina microscopica, le perovskiti ad alogenuri metallici possono essere suddivise in zero dimensionali, a bassa dimensionalità e tridimensionali. Tra questi, il materiale perovskite a bassa dimensione ha un effetto di confinamento quantistico, ha una grande energia di legame degli eccitoni, non è facile da produrre ricombinazione non radiativa e ha un'elevata efficienza luminosa.
Tuttavia, al fine di sviluppare materiali perovskite ad alogenuri metallici a bassa dimensionalità e ad alta efficienza per dispositivi a emissione di luce, ci sono ancora due grandi sfide: in primo luogo, l'esistenza di stati di difetto causerà la formazione di centri di ricombinazione non radiativa, portando alla migrazione ionica. È favorevole all'efficienza luminosa e alla stabilità del dispositivo; il secondo è la formazione di pozzi quantistici ibridi multifase, che causeranno il trasferimento di energia dal pozzo quantico a banda larga al pozzo quantico a banda stretta sotto eccitazione luminosa ed elettrica, con conseguente dissipazione, che non è favorevole all'emissione di luce del dispositivo Efficienza, purezza del colore.
Figura 1 Schema schematico del processo di formazione del film di tre tipi di film sottili luminescenti di perovskite, dove PEA rappresenta il sale di fenetilammonio, TPPO rappresenta l'ossido di trifenilfosfina e TFPPO rappresenta l'ossido di tris (4-fluorofenil) fosfina.
Al fine di migliorare le prestazioni dei dispositivi LED a perovskite a bassa dimensionalità, il team di Edward H. Sargent dell'Università di Toronto e il team di Wei Zhanhua dell'Università di Huaqiao hanno proposto congiuntamente una strategia di controllo della larghezza del pozzo di passivazione della superficie della perovskite a ioduri metallici a bassa dimensionalità. Come mostrato nella Figura 1, durante il processo di cristallizzazione avviato dall'anti-solvente, gli ioni [PbBr6]4-, MA{{7}} e Cs{{8}} formano prima fiocchi di precursore di perovskite e poi PEA{{9} } i cationi organici interagiscono con i fiocchi precursori per generare un film di luminescenza di perovskite a bassa dimensione. Nel gruppo di riferimento, il disordine e la rapida diffusione dei cationi organici PEA{{11}} hanno portato alla generazione di centri di difetti e strutture di pozzi quantici a dimensioni casuali. Nel gruppo sperimentale, il legame P=O nelle molecole TPPO e TFPPO può interagire con i fiocchi precursori della perovskite P=O:Pb2{{14}}, che regola efficacemente il processo di cristallizzazione e riduce la generazione di centri di difetto. Inoltre, gli abbondanti gruppi F in TFPPO possono interagire con i cationi organici PEA+ per rallentare il rilascio di materie prime e ritardare la crescita dei cristalli e infine formare un film luminescente di perovskite di alta qualità con dimensioni uniformi.
Figura 2 (a) Schema schematico della struttura del dispositivo LED perovskite, diagramma del microscopio elettronico a trasmissione in sezione trasversale e diagramma schematico della struttura del livello di energia; (b) la curva corrente-tensione, la curva luminosità-tensione e l'efficienza quantistica esterna corrispondente ai tre dispositivi LED in perovskite-Curva luminosità; (c) Distribuzione statistica dell'efficienza quantistica esterna di tre dispositivi LED in perovskite; (d) Curve corrente-tensione di tre dispositivi perovskite a singolo elettrone ea foro singolo; (e) Basato sull'elaborazione TFPPO La curva di vita operativa dei dispositivi LED in perovskite.
Come mostrato in Figura 2, questo film ha una morfologia superficiale uniforme e densa, con una lunghezza d'onda di emissione di 517 nm, una larghezza dimezzata di soli 20 nm e un'efficienza di fotoluminescenza prossima al 100%. Il dispositivo LED verde preparato ha un'efficienza quantica esterna del 25,6% e una vita operativa di 2 ore con una luminosità di 7.200 cd m-2, superando di gran lunga i dispositivi simili attualmente riportati.
Il professor Wei Zhanhua ha affermato che negli ultimi anni le prestazioni del dispositivo e la durata operativa dei LED in perovskite sono state notevolmente migliorate, ma c'è ancora molta strada da fare. In futuro, saranno necessari più scienziati per lavorare insieme per migliorare le prestazioni di uscita allo stato stazionario, la ripetibilità del dispositivo ad alta efficienza e le prestazioni di uscita spettrale multicolore del dispositivo.
Nel documento, il primo autore è stato il dottor Ma Dongxin, un borsista post-dottorato presso l'Università di Toronto. Aveva condotto un anno di ricerca in visita presso l'Università Huaqiao; Il Dr. Kebin Lin dell'Università Huaqiao è stato il secondo autore e ha anche dato importanti contributi al lavoro. Il professor Edward H. Sargent e il professor Wei Zhanhua sono autori corrispondenti. Questo lavoro di ricerca è stato fortemente sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China, dalla Natural Science Foundation della provincia del Fujian e dal Fondo per la ricerca scientifica dell'Università di Huaqiao. (
