EcoMat:二维卤化物钙钛矿量子阱发光体

背景介绍:

金属卤化物钙钛矿作为一种新兴的溶液可加工半导体材料,由于其良好的结构和组分可调谐性以及优异的光电性质,被广泛应用于各种高性能光电器件中,例如太阳能电池,发光二极管,激光器,光探测器等等。但是,三维钙钛矿的晶格在紫外光照、高温或者湿度等外界刺激下很容易被破坏,导致基于三维钙钛矿的光电器件稳定性较差。将无机钙钛矿八面体层夹在两层有机阳离子层中间形成的二维钙钛矿通常具体比三维钙钛矿更好的固有稳定性和湿度耐受性,因而逐渐成为一个非常有潜力的替代者应用于实际器件中。

之前相关的研究工作表明,具有I型能级结构的二维钙钛矿具有很高的固态发光量子效率(~80%),极窄的发射线宽(< 20 nm),以及很大的激子结合能(470 meV),这些都证明二维钙钛矿材料非常适合用作固态发光材料。然而,目前利用二维钙钛矿实现可靠(稳定且高效)的发光器件(包括发光二极管和激光器)仍然非常具有挑战性;其背后的原因仍不十分明确。

主要内容:

在此关键评述中,本文先是总结了目前二维钙钛矿量子阱(n≤3)应用于发光材料方面的研究进展。它们的晶体结构、制备方法和光电性质也在本文中进行了详细的综述。然后在调研近期将二维钙钛矿应用于发光二极管和激光器的代表性工作后,作者们指出二维钙钛矿用于实现可靠发光器件的主要挑战在于二维钙钛矿中独特的激子损失机制,较差的电荷注入路径和可能存在的三重态问题。基于此,我们提出通过一种有机阳离子设计策略来解决以上问题,即设计有机阳离子调控二维钙钛矿的激子结合能来抑制激子损失,引入共轭阳离子改善钙钛矿器件中的电荷注入,调控有机阳离子的三重态能级来减小可能存在的三重态损耗,合成不同配位基团的端基来钝化钙钛矿缺陷,等等。显然,分子设计理念具有非常大的空间来进一步调控和优化二维钙钛矿的光电性质,这也使得二维钙钛矿在高性能光电器件中展现出了巨大的前景。我们也预期,这种分子设计的策略也将吸引更多人的研究兴趣并最终将这种溶液可加工的有机-无机复合材料应用于实际生产生活中去。

论文信息:

Twodimensional halide perovskite quantumwell emitters: A critical review

Kang Wang, Jee Yung Park, Akriti, Letian Dou*

EcoMat

DOI: 10.1002/eom2.12104

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eom2.12104