中國科大制備出大面積、高效率的鈣鈦礦LED

近日，中國科學技術大學物理學院、中科院強耦合量子材料物理重點實驗室及合肥微尺度物質科學國家研究中心的肖正國教授研究組在大面積制備鈣鈦礦LED領域取得重要進展。

該研究團隊使用基于氣刀輔助的刮涂法制備出了大面積、高效率的鈣鈦礦LED，向鈣鈦礦LED照明的商業應用邁進了重要一步。相關成果以“Large-area and efficient perovskite light-emitting diodes via low-temperature blade-coating”為題，于1月8日發表在《自然通訊》雜志上。

金屬鹵化物鈣鈦礦LED因為具有色域廣、帶隙易于調節、發光半峰寬窄、易于制備等優勢，已經成為新一代的LED器件。2014年，首次報道了室溫下發光的鈣鈦礦LED，其外量子效率（EQE）低于1%，短短幾年內鈣鈦礦LED的EQE就已經超過了20%，接近于商用有機LED（OLED）的水平，在照明和顯示領域展示出了廣闊的應用前景。

但是目前高效率的鈣鈦礦LED都是基于旋涂法制備而成的，器件面積都很小(mm2量級)，無法滿足大面積商業照明的需求。刮涂法是一種基于溶液法就能制備出大面積薄膜的方法，但是刮涂法制備鈣鈦礦薄膜的結晶過程不易控制，制備出來的鈣鈦礦LED的EQE最高僅為1.1%，其器件面積也僅為9mm²。

針對以上問題，肖正國課題組以有機無機雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3為研究對象，通過降低鈣鈦礦前驅液的濃度，引入4-氟苯甲胺，并結合氣刀輔助的方法，使薄膜結晶過程中形成更多的成核位點，從而制備出了均勻致密的鈣鈦礦多晶薄膜，薄膜的表面粗糙度僅為0.8nm。

采用刮涂法制備的大面積鈣鈦礦薄膜（6cm×9cm），在厚度、表面粗糙度、熒光產率以及熒光壽命等方面都展現出極好的均勻性。采用刮涂法制備的鈣鈦礦LED器件的EQE最高達16.1%（0.04cm²）以及12.7%（1cm²）。超大面積（28cm²）的鈣鈦礦LED工作時發出了非常均勻的紅光。

同時，課題組也采用刮涂法制備出了基于PEN/ITO襯底的柔性鈣鈦礦LED，為制備大面積柔性光電子器件奠定了基礎。以上工作充分顯示了刮涂法制備大面積、高效率的鈣鈦礦LED的可行性以及將其應用于商業LED照明的巨大前景。

圖1，a,鈣鈦礦LED的器件結構
b,鈣鈦礦LED性能表征
c,柔性鈣鈦礦LED器件的照片
d,超大面積的鈣鈦礦LED器件照片

中國科學技術大學物理系肖正國教授為該論文的通訊作者。物理系博士研究生儲勝龍、陳文靜以及碩士研究生房志斌為該論文的共同第一作者。本項研究得到國家自然科學基金委、中組部以及中國科大的資助。