近日，中國科大姚宏斌教授課題組聯(lián)合張群教授、林岳教授和張國楨副研究員研究團隊提出金屬鹵化物鈣鈦礦亞穩(wěn)相結(jié)晶策略，有效消除了混合鹵素鈣鈦礦CsPbI3-xBrx晶粒內(nèi)部的面缺陷，從而制備了高效的純紅光鈣鈦礦發(fā)光二極管，其外量子效率達17.8%，亮度為9000cd m^-2，研究成果以題為“Planar defect-free pure red perovskite light-emittingdiodes via metastable phase crystallization”發(fā)表在國際期刊Science Advances上（Sci. Adv. 2022,8, eabq2321）。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于其高色純度、寬色域、低成本以及可溶液加工等優(yōu)勢有望用于下一代發(fā)光二極管。然而鈣鈦礦材料由于其結(jié)晶過程的不可控，容易產(chǎn)生缺陷，這往往會限制鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）的效率以及穩(wěn)定性。小分子鈍化劑已成功用于調(diào)控單一鹵素鈣鈦礦的成核、聚集以及組裝過程，獲得了高發(fā)光效率的微/納米晶薄膜，進而使得綠光和近紅外光PeLED的外量子效率超過20%。雖然小分子鈍化劑也被嘗試用于調(diào)控混合鹵素鈣鈦礦的結(jié)晶，但目前混合鹵素PeLED的效率以及穩(wěn)定性依然很低，這其中的原因依然未知。

圖1.混合鹵素鈣鈦礦小分子調(diào)控的非經(jīng)典結(jié)晶過程以及亞穩(wěn)相結(jié)晶策略

姚宏斌教授課題組基于前期鈣鈦礦結(jié)晶調(diào)控的相關(guān)研究基礎(chǔ)（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8162-8170；Adv. Optical Mater. 2021, 9, 2001684），首先揭示了在混合鹵素鈣鈦礦成核、團聚以及組裝過程中，不均勻的鹵素離子分布會導(dǎo)致晶粒內(nèi)部的面缺陷形成，進而提出了亞穩(wěn)相結(jié)晶（MPC）制備混合鹵素鈣鈦礦薄膜的策略。該策略可以有效促進鈣鈦礦晶格內(nèi)部的鹵素均勻混合，進而降低鈣鈦礦結(jié)晶過程中的晶格應(yīng)力，從而消除鈣鈦礦晶粒內(nèi)部的面缺陷（圖1）。

圖2.不同結(jié)晶過程制備的CsPbI3-xBrx薄膜晶粒內(nèi)部的RP型面缺陷表征。(A-C)沒有聚合物引發(fā)的相分離過程(NPS)(A),一步法退火(OSC)(B)和亞穩(wěn)相結(jié)晶(MPC)(C)薄膜的TEM圖。(D-E) NPS (D), OSC(E)和MPC(F)膜晶粒內(nèi)部的HAADF-STEM圖。內(nèi)部插圖是相應(yīng)的快速傅里葉變換圖。(G-I)D-F圖中相應(yīng)的原子級分辨的HAADF-STEM放大圖。