Advanced Functional Materials:重结晶助力钙钛矿薄膜低阈值放大自发辐射

近年来,金属卤化物钙钛矿半导体由于其优异的光电性能和低成本的制备工艺在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光等光电器件领域受到广泛的关注。全无机CsPbBr3钙钛矿材料在水、氧暴露及辐照下具有较高的结构稳定性,在高性能绿光发光二极管、激光光源方面取得了许多的进展。然而液相旋涂法制备的 CsPbBr3薄膜往往表面存在大量的针孔,光学损耗较大。如何优化薄膜质量,降低针孔密度,从而降低激光或者放大自发辐射阈值是该领域的重要问题之一。

近期,北京大学张青研究员课题组报道了一种溶剂重结晶方法,使用DMSO或DMF溶剂蒸汽处理的Cs0.87(FAMA)0.12PbBr3/(NMA)2PbBr4薄膜表面的针孔密度显著降低,表面起伏从±5 nm降低至±1 nm, 530 nm波段的放大自发辐射的阈值低至1.44 μJ cm–2,39倍阈值功率下的光学增益可达1176 cm–1。通过可变条形光斑长度方法和时间分辨光谱分析,结合结构表征,受激辐射阈值下降被归因于光损耗下降:无针孔的表面形貌降低光子传播损耗,而增大的晶粒尺寸抑制俄歇复合速率。

a)溶剂重结晶机制。b)溶剂重结晶前后薄膜扫描电镜照片。c)溶剂重结晶薄膜功率依赖荧光光谱。d)半高宽和积分强度随泵浦密度的变化,提取出ASE阈值为1.44 J cm–2。e)可变条形光斑长度方法测量净模式增益,在39倍阈值处增益可达1176 cm–1

该项目获得了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、低维量子物理国家重点实验室开放基金和中国科学院仪器开发项目的经费支持,谨此感谢。

论文信息:

Solvent Recrystallization-Enabled Green Amplified Spontaneous Emissions with an Ultra-Low Threshold from Pinhole-Free Perovskite Films

Yin Liang, Qiuyu Shang, Meili Li, Shuai Zhang, Xinfeng Liu, Qing Zhang*

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202106108

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106108