Small Science:对话闪光青年——点亮青色光钙钛矿LED

金属卤化物钙钛矿(Metal Halide Perovskites)是近年来出现的一类具有优异光电性能的新型半导体材料,其在光伏、发光、光电通讯及探测等领域均已取得重大的研究进展,展现巨大的应用潜力。其中,钙钛矿发光是最为热门的研究重点之一。自2014年起,钙钛矿已在绿光、红光、近红外等主流色发光材料与器件方面取得了较大进展,与此同时,其在青色光区域的发展却稍显滞后。然而,诸多研究者普遍认为开发出高效、稳定的青色光器件具有重大意义:(1)可被用于填补传统白光LED器件中缺失的青绿色波段,显著提高器件的显示指数;(2)其在包括水下光通讯领域表现出较大潜力;(3)青色光也是获取(深)蓝光的重要过渡,其制备途径更是开发(深)蓝光钙钛矿材料与器件的通用策略。

图1. 青色光钙钛矿材料与器件的发展落后于其他主流色。

有鉴于此,华侨大学发光材料与信息显示研究院的魏展画教授课题组(Prof. Zhanhua Wei)和华南理工大学的严克友教授课题组(Prof. Keyou Yan)近日应邀在Small Science在线发表“Recent Advances on Cyan-emitting (480≤λ≤520 nm) Metal Halide Perovskite Materials”的综述性文章。

图2. 青色光钙钛矿材料的制备途径和潜在的应用。

该文章首先关注青色光钙钛矿材料与主流色(绿光、红光等)钙钛矿材料之间的不平衡发展问题。随后,作者具体综述了近年来组分工程、维度工程、尺寸工程等制备青色光钙钛矿发光材料与器件的研究进展,并讨论了各策略存在的利弊。最后,文章展望了该类材料可能的发展方向和聚焦的研究重点,并认为非铅化(少铅化)将是此类材料发展的重要方向之一,提出以稀土为代表的掺杂元素将在进一步提升青色光钙钛矿材料与器件的光电性能方面展现出更大的促进作用。同时,文章认为包括组分工程、维度工程和尺寸工程在内的多种有效策略的科学整合将是获得稳定、高效青色光钙钛矿材料与器件的行之有效的方法之一。该文章为进一步推动制备稳定、高效的青色光钙钛矿发光材料与器件指明了方向,并为进一步探索其应用领域的拓展提供了参考。相关论文发表在 Small Science 上。

作者简介

魏展画,华侨大学科学技术研究处副处长,发光材料与信息显示研究院副院长(主持工作),材料科学与工程学院教授,博士生导师。2020年入选国家“万人计划”青年拔尖人才,2019年入选国家百千万人才工程,获得“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。

    2011年7月毕业于厦门大学化学系,取得学士学位;2015年8月毕业于香港科技大学化学系,取得博士学位,导师为杨世和教授;2015年9月至2016年5月间在新加坡南洋理工大学数理学院从事博士后研究,合作导师为熊启华教授。2016年5月加入华侨大学材料科学与工程学院,课题组的主要研究方向是能源光电材料与器件,特别是钙钛矿电致发光器件和钙钛矿太阳能电池,已在Nature、Journal of The American Chemical Society、Energy & Environmental ScienceAngewandte Chemie International Edition等高水平期刊上发表研究论文40余篇,其中多篇论文为ESI热点论文或者高被引论文。

SMSC:您是如何走进科学世界的?对您来说,成为一个科学家最大的吸引力是什么?

Zhanhua:最早启发我科学兴趣的事是2005年我参加的福建省青少年科技创新大赛,当时我还是清流一中的一个高二学生。那时候医疗技术还不发达,农村和县城里有很多病人需要输液,也就是常说的“打吊瓶”。病人在输液过程中要时刻注意输液进度,防止药液流干,否则就会导致输液管进空气。为了解决这个问题,我在输液管中设计了一个浮标器。药液充足时,浮标浮起,起到了指示液面的作用;药液耗尽时,浮标落下,堵住输液口,防止药液流干。现在看来当时的想法和设计还比较粗糙,但这次比赛让我认识到自己还是可以做点科学实验或者搞点小发明的。

我认为作为科学家,最有意义的事是不断地探索未知,打破常规。我希望未来自己的某个研究能真正地走出实验室,走向应用。

SMSC:您觉得谁对您科研生涯产生了很大的影响?

Zhanhua:对我科研生涯影响最大的是我的博士生导师,香港科技大学化学系的杨世和教授。杨老师是个非常自律的人,有高度的执行力,三十年如一日地坚持自己良好的科研和生活习惯。

SMSC: 您如何看待钙钛矿材料用于光子学和光电领域的研究现状和未来发展?

Zhanhua:经过近10年的科研努力,钙钛矿材料在光电领域特别是光伏领域取得了重大进展,现在正处于产业化的关键风口,国内外已经有好多家初创公司。未来,这个领域一方面是需要继续坚持相关的基础研究,推进其在发光、X射线探测和光电探测领域的应用研究;另一方面是需要创业者的真正推动和市场的考验来促进相关的产业应用(太阳能电池、发光薄膜与器件、X射线探测和成像等)。

SMSC:你们团队在钙钛矿LED方面的主要研究有哪些?

Zhanhua: 我们团队前几年一直在努力提高钙钛矿LED器件的外量子效率,通过缺陷钝化、载流子复合行为调控和器件结构优化等努力,将器件的外量子效率提升到20%。近期,我们又有了新进展,器件外量子效率可以提升到25%了,相关的工作正在投稿中。

SMSC: 什么会是您的下个关注点?

Zhanhua:我们未来将重点关注非铅的钙钛矿或者类钙钛矿材料的LED应用。

SMSC:您认为对于科研工作者来说最重要的品质是什么?

Zhanhua:我认为对于科研工作者来说,最重要的品质是自律。这个自律是多方面的:首先你要足够勤奋,能吃苦,投入足够多的时间在科研上;其次,要养成良好的科研习惯,如开放包容,多和大小同行讨论,多做笔记,定期分析和整理研究思路等。总之,科研从来不是一件轻松的事,要想做好,得足够投入才行。

论文信息:

Recent Advances on Cyan‐Emitting (480 ≤ λ ≤ 520 nm) Metal Halide Perovskite Materials

Yueyue Shen, Chuanzhong Yan, Kebin Lin, Yaping Zhao, Shanrong Xu, Biao Zhou, Zhanhua Wei, Keyou Yan

Small Science 

DOI:10.1002/smsc.202000077