25 listopada zespół profesora Wei Zhanhua z Instytutu Materiałów Luminescencyjnych i Wyświetlania Informacji Uniwersytetu Huaqiao oraz Szkoły Nauki i Inżynierii Materiałowej oraz zespół profesora Edwarda H. Sargenta z Wydziału Elektroniki i Inżynierii Komputerowej Uniwersytetu z Toronto wspólnie opublikowali publikację online w czołowym międzynarodowym czasopiśmie naukowym Nature Research Artykuł Kontrola dystrybucji umożliwia wydajne diody perowskitowe o zredukowanych wymiarach. Dzięki tej pracy uzyskano znaczną poprawę wydajności i żywotności perowskitowych urządzeń LED poprzez pasywację defektów i kontrolę wymiaru środka światła. Oczekuje się, że w przyszłości zostanie ona zastosowana do nowych pól wyświetlania i oświetlenia.
Nature to jedno z najbardziej wpływowych czasopism naukowych na świecie, poświęcone raportowaniu i komentowaniu najważniejszych przełomów w światowych badaniach naukowych. Warto wspomnieć, że w 2018 r. Uniwersytet Huaqiao po raz pierwszy opublikował oryginalne wydanie Nature jako jednostki komunikacyjnej. Trzy lata później Uniwersytet Huaqiao ponownie opublikował oficjalne dokumenty Nature' jako jednostkę komunikacyjną, zaznaczając, że poziom badań naukowych szkoły' został znacznie poprawiony i wszedł na szybki pas zdrowego rozwoju.
Perowskity metalohalogenkowe mają doskonałe właściwości optoelektroniczne, takie jak wysoki molowy współczynnik ekstynkcji, długa odległość migracji nośnika, regulowana przerwa wzbroniona i wysoka tolerancja defektów. Mają szerokie perspektywy zastosowań w ogniwach słonecznych i diodach elektroluminescencyjnych. W oparciu o różnicę w mikroskopijnej strukturze krystalicznej, perowskity metalohalogenkowe można podzielić na zero-wymiarowe, niskowymiarowe i trójwymiarowe. Wśród nich niskowymiarowy materiał perowskitowy ma efekt ograniczenia kwantowego, ma dużą energię wiązania ekscytonów, nie jest łatwy do wytworzenia niepromienistej rekombinacji i ma wysoką wydajność świetlną.
Jednak w celu opracowania wysokowydajnych i stabilnych niskowymiarowych materiałów perowskitowych metalohalogenkowych dla urządzeń emitujących światło, nadal istnieją dwa główne wyzwania: po pierwsze, istnienie stanów defektów spowoduje powstawanie niepromienistych centrów rekombinacji, co prowadzi do migracji jonów. Sprzyja to skuteczności świetlnej i stabilności urządzenia; drugi to powstawanie wielofazowych hybrydowych studni kwantowych, które pod wpływem światła i wzbudzenia elektrycznego będą powodować transfer energii ze studni z szeroką przerwą energetyczną do studni z wąską przerwą energetyczną, co skutkuje rozpraszaniem, które nie sprzyja emisji światła urządzenia Wydajność, czystość barwy.
Rysunek 1 Schemat ideowy procesu tworzenia filmu trzech rodzajów cienkich, luminescencyjnych warstw perowskitu, gdzie PEA oznacza sól fenetylamonową, TPPO oznacza tlenek trifenylofosfiny, a TFPPO oznacza tlenek tris(4-fluorofenylo)fosfiny.
W celu poprawy wydajności niskowymiarowych perowskitowych urządzeń LED, zespół Edwarda H. Sargenta z Uniwersytetu w Toronto oraz zespół Wei Zhanhua z Uniwersytetu Huaqiao wspólnie zaproponowali niskowymiarową strategię kontroli szerokości studni z pasywacją powierzchniową z perowskitem metalohalogenkowym. Jak pokazano na rysunku 1, podczas procesu krystalizacji zainicjowanego przez antyrozpuszczalnik, jony [PbBr6]4-, MA{{7}} i Cs{{8}} najpierw tworzą płatki prekursora perowskitu, a następnie PEA{{9} } Kationy organiczne oddziałują z płatkami prekursorów, tworząc niskowymiarową warstwę luminescencyjną perowskitu. W grupie referencyjnej zaburzenie i szybka dyfuzja kationów organicznych PEA{{11}} doprowadziły do powstania centrów defektów i struktur studni kwantowych o losowych wymiarach. W grupie eksperymentalnej wiązanie P=O w cząsteczkach TPPO i TFPPO może oddziaływać z płatkami prekursora perowskitu P=O:Pb2{{14}}, co skutecznie reguluje proces krystalizacji i ogranicza powstawanie centrów defektów. Ponadto liczne grupy F w TFPPO mogą wchodzić w interakcje z kationami organicznymi PEA+, aby spowolnić uwalnianie surowców i opóźnić wzrost kryształów, a ostatecznie utworzyć wysokiej jakości luminescencyjną warstwę perowskitu o jednolitych wymiarach.
Rysunek 2 (a) Schemat ideowy struktury perowskitowego urządzenia LED, schemat transmisyjnego mikroskopu elektronowego oraz schemat ideowy struktury poziomów energetycznych; b) krzywa prąd-napięcie, krzywa jasności-napięcia i zewnętrzna wydajność kwantowa odpowiadająca trzem perowskitowym urządzeniom LED – krzywa jasności; (c) Rozkład statystyczny zewnętrznej wydajności kwantowej trzech perowskitowych urządzeń LED; (d) Krzywe prądowo-napięciowe trzech perowskitowych urządzeń jednoelektronowych i jednootworowych; (e) Na podstawie przetwarzania TFPPO Krzywa trwałości eksploatacyjnej perowskitowych urządzeń LED.
Jak pokazano na rysunku 2, warstwa ta ma jednolitą i gęstą morfologię powierzchni, z długością fali emisji 517 nm, szerokością połówkową zaledwie 20 nm i sprawnością fotoluminescencji bliską 100%. Przygotowane urządzenie z zieloną diodą LED ma zewnętrzną wydajność kwantową 25,6% i żywotność 2 godzin przy jasności 7200 cd/m-2, znacznie przewyższając podobne obecnie zgłaszane urządzenia.
Profesor Wei Zhanhua powiedział, że w ciągu ostatnich kilku lat wydajność urządzenia i żywotność diod perowskitowych uległy znacznej poprawie, ale przed nami jeszcze długa droga. W przyszłości potrzebna będzie większa liczba naukowców, aby wspólnie pracować nad poprawą wydajności wyjściowej w stanie ustalonym, powtarzalnością urządzenia o wysokiej wydajności i wydajnością wielokolorowego widma wyjściowego urządzenia.
W artykule pierwszym autorem był dr Ma Dongxin, doktor habilitowany na Uniwersytecie w Toronto. Prowadziła roczne badania wizytujące na Uniwersytecie Huaqiao; Dr Kebin Lin z Uniwersytetu Huaqiao był drugim autorem i również wniósł istotny wkład w pracę. Profesor Edward H. Sargent i profesor Wei Zhanhua są autorami korespondencyjnymi. Te prace badawcze były silnie wspierane przez Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych, Fundację Nauk Przyrodniczych prowincji Fujian oraz Fundusz Badań Naukowych Uniwersytetu Huaqiao. (
