Small:硝酸根和钙离子协同调节制备的高效、高鲁棒性α-CsPbI₃

近年来,铯铅卤钙钛矿(CsPbX3)纳米晶(NCs)作为新型的半导体发光材料,因其具有优异的光电性质,如高的光致发光量子产率(PLQY),可调节的带隙及强的载流子传输能力而备受关注。特别是,立方相CsPbI3(α-CsPbI3)NCs由于其小的载流子有效质量和窄的直接带隙(1.73eV)而被广泛研究。然而,它们高的相稳定温度(超过320℃),极大地限制了它们的实际应用。当α-CsPbI3 NCs其受到光,热,水,氧等作用时,更容易转为非光活性的黄相,并且在相变过程中涉及到了因热力学晶格弛豫导致的晶格畸变,这破坏了α-CsPbI3 NCs固有的晶格对称性。因此,抑制晶格畸变,保持高晶格对称性是提高α-CsPbI3 NCs稳定性的一种有效策略。

最近,吉林大学宋宏伟教授、白雪教授及武振楠教授团队,通过NO3钝化和Ca2+掺杂的协同效应策略成功制备了高对称性的α-CsPbI3 NCs,且其展现出优异的光电性质及稳定性。研究结果表明,引入的NO3通过钝化I空位,增强相变能势垒;同时通过使长链的油胺RNH3+)锚定在钙钛矿的表面,增加其表面空间位阻,最终促进了高对称的α-CsPbI3 NCs的形成。此外,通过Ca2+掺杂调节容忍因子也有助于提高钙钛矿的晶格对称性。所制备的α-CsPbI3 NCs具有高的荧光量子效率(96.6%),低的缺陷态密度以及优异的电导率。最重要的是,α-CsPbI3 NCs在环境条件下发光强度可以保持长达9个月,在UV光照下发光强度可保持32小时,在140°C下发光强度可保持15分钟,并具有耐久性和可逆性。而且,基于α-CsPbI3 NCs的LED,展现出高的流明效率(105.3 lm W-1)和优异的工作稳定性(18小时)。这项工作为解决钙钛矿中光电性质及其稳定性差的问题提供了新的思路。

图1 γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs的(a)XRD图;(b)TEM图;(c)晶体结构示意图。

图2 γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs的(a)FTIR光谱;(b)在1350和830 cm-1处NO3的信号放大图。γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs的XPS(c)全光谱;(d)Pb 4f;(e)I 3d;(f)Ca 2p。

图3 (a)γ-CsPbI3 NCs的结构示意图;(b)NO3促进α-CsPbI3 NCs形成的机理图。

图4 添加不同量Ca(NO3)2的CsPbI3 NCs(a)吸收光谱;(b)光致发光光谱;(c)Tauc图;(d)CsPbI3 NCs在365nm紫外线照射下的荧光量子效率图

图5 γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs的飞秒瞬态吸收光谱。

图6 γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs的(a)光致发光衰减时间图;(b)缺陷态密度测试图。添加不同量Ca(NO3)2的CsPbI3 NCs(c)C-V曲线;(d)电导率图。

图7 γ-CsPbI3, α-CsPbI3 NCs及对比样品R1,R2的荧光量子效率大小(a)室温下;(b)紫外光照下;γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs在365nm UV光激发下的发光图片(c)室温下;(d)紫外光照下。

图8.(a,b)γ-CsPbI3和α-CsPbI3 NCs 的LED光谱图;(C)LED的CIE坐标;(d)LED的工作稳定性。

论文信息:

Synergistic Regulation Effect of Nitrate and Calcium Ions for Highly Luminescent and Robust α-CsPbI3 Perovskite

Xiufeng Wu, He Shao, Yuan Zhong, Lifang Li, Wenda Chen, Biao Dong, Lin Xu, Wen Xu,
Donglei Zhou, Zhennan Wu*, Hongwei Song*, Xue Bai*

Small

DOI: 10.1002/smll.202106147

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106147