中國科學技術(shù)大學物理學院肖正國教授課題組與化學與材料學院陳濤教授課題組合作,在鈣鈦礦薄膜制備及光電器件研究中取得重要進展。該研究團隊利用表面能很低的聚二甲基硅氧烷(PDMS)襯底,實現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜的巨量轉(zhuǎn)移。相關(guān)成果日前以“Mass Transfer Printing of Metal-Halide Perovskite Films and Nanostructures”為題發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)雜志上。
金屬鹵化物鈣鈦礦是新一代的明星半導體材料,它具有吸收系數(shù)高、光學帶隙易于調(diào)節(jié)、電子空穴遷移率高、載流子擴散長度長、缺陷容忍度高等優(yōu)異的光電特性。這使得鈣鈦礦材料在太陽能電池、發(fā)光二極管、X射線探測器等領域都具有非常廣闊的應用前景。但是在之前的研究中,鈣鈦礦薄膜只能夠沉積在剛性平面襯底上,這遠遠無法滿足實際應用中的很多需求,例如在柔性可彎曲襯底上沉積薄膜以制備柔性器件,以及通過不同組分鈣鈦礦薄膜的圖案化實現(xiàn)白光發(fā)射和全彩顯示等。
基于此,肖正國教授課題組使用表面能很低的PDMS襯底進行鈣鈦礦薄膜和微納結(jié)構(gòu)的巨量轉(zhuǎn)移。在不改變鈣鈦礦薄膜的表面形貌、成分和光電性能的前提下,成功將鈣鈦礦薄膜轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。在器件制備過程中,使用一層超薄的支化聚乙烯亞胺(B-PEI)作為鈣鈦礦與傳輸層之間的化學結(jié)合層,能大大增強轉(zhuǎn)移器件界面處的電接觸。膜轉(zhuǎn)移方法制備的鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)具有與優(yōu)化的旋涂器件相同的外量子效率。另外,使用該方法還能夠制備分辨率高達1270 ppi的大面積鈣鈦礦微納結(jié)構(gòu)。在此基礎上,通過將紅光鈣鈦礦條紋與天藍光鈣鈦礦條紋交替排列,成功制備出了白光PeLEDs。
以上工作提供了一種在多種襯底上制備鈣鈦礦薄膜或微納結(jié)構(gòu)的可行方法,用于實現(xiàn)全彩色顯示、白光PeLED和激光器等實際應用。
圖示:紅光鈣鈦礦條紋與天藍光鈣鈦礦條紋交替排列的示意圖(a)及PL Mapping照片(b)。
白光PeLEDs的器件結(jié)構(gòu) (c) 及工作時的照片 (d)。
中國科大物理學院肖正國教授與化學與材料學院陳濤教授為該論文的共同通訊作者。物理系碩士研究生李智兼為該論文的第一作者。本項研究得到國家自然科學基金委、中科大人才團隊項目、以及中央高?;究蒲袠I(yè)務費專項資金的資助。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202203529
(物理學院、科研部)
新聞鏈接:http://news.ustc.edu.cn/info/1055/80120.htm
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