Advanced Optical Materials :偏振发光铅卤钙钛矿材料

铅卤钙钛矿作为一种高性能且可溶液加工的新兴半导体材料,在光伏、发光、光电探测等领域已取得重大研究进展。钙钛矿材料优异的光电性质,尤其是超高的发光量子产率和高度可调谐的发光光谱范围,使其在新一代发光材料和器件中展现出巨大的应用潜力。

光作为电磁波具有偏振特性,其电场分量的空间矢量分布对于传播方向可以呈现出不对称性。其中,电矢量端点的轨迹为直线的称为线偏振光,轨迹为圆形的则被称为圆偏振光。偏振光在生物成像、防伪、立体显示等诸多应用中大显身手。实现偏振光的传统方法依赖于用偏振滤波元件过滤发光材料和器件的非偏振发光,这样会导致大约一半的光强无法被利用,极大地降低了偏振发光光源的能量转化效率。因此,具有本征偏振特性的高效率发光材料成为近年来光电领域的研究热点。如前所述,铅卤钙钛矿材料是一类性能优异的发光材料;此外,其高度有序的晶体结构以及激发态跃迁固有的自旋选择性为实现各类发光偏振特性提供了新的可能,成为具有本征偏振特性的高性能发光材料和器件的理想选择。

中国科学院化学研究所光化学重点实验室张闯课题组从激子精细能级结构、化学组分合成调控以及有序微纳结构制备等角度出发,系统总结了近年来有关铅卤钙钛矿偏振发光的研究进展。首先,铅卤钙钛矿激发态能级具有不同角动量的自旋亚能级,其中的辐射跃迁过程可以将角动量变化直接转化成发光偏振属性,成为其实现高效率偏振发光的必要条件。其次,由于钙钛矿材料的化学多样性和兼容性,引入手性配体等功能单元能够有效地提高和调控发光偏振性,甚至可以将钙钛矿直接掺杂到手性介质中也可以增强偏振发光。最后,利用钙钛矿材料良好的加工特性,设计制备高度有序的微纳光学结构可以进一步提高宏观上的偏振性能,将铅卤钙钛矿偏振发光的应用拓展到偏振光源、偏振光探测以及立体显示器件等方面。此外,作者对比了铅卤钙钛矿在偏振发光方面与传统半导体、有机发光材料的异同点,讨论了目前钙钛矿偏振发光研究中尚存在的问题和挑战,比如如何更加有效地得到自旋极化的激发态、如何实现高偏振性的电致发光等等,并展望了铅卤钙钛矿在结合偏振特性的基础上所能带来的更加丰富多样的光电器件应用。

文章信息:

Polarized Photoluminescence from Lead Halide Perovskites

Min Wang, Zhengwei Yang, Chuang Zhang*

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.202002236