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钙钛矿纳米晶体表面钝化,让材料更稳定

发布时间:2018-05-02 17:04:12

钙钛矿纳米颗粒可以通过简单的工艺处理来稳定纳米晶体表面,进而大幅度改善太阳能电池和发光二极管的性能。    

阿卜杜拉国王科技大学的科学家已经找到了一种新的研究工艺,利用该工艺可以提高光学纳米晶体的化学稳定性,并且这种工艺不会降低光学纳米晶体的电学性能。  

卤化物钙钛矿是一类极具有研究应用前景的光电子学和光伏材料。 这些材料具有着较长的电荷载流子扩散长度,因此可以有效地吸收可见光,并且它们的制造工艺简单价格低廉。光学器件的性能也可以通过纳入纳米尺度的颗粒来改善,纳米尺度的颗粒具有远远优于其聚合体衍生物的发光和吸收特性。 所以科学家们十分热衷于尝试将这两种工艺方法结合起来。但是挑战在于微小的钙钛矿颗粒化学性质并不总是稳定的,并且它们的原子晶体结构难以控制。  

连接分子,又称为配体,可以稳定纳米晶体。这种所谓的钝化可以通过在钙钛矿颗粒周围形成电绝缘壳,从而抑制其在电子器件中的有效性。    

如今,Osman Bakr的研究团队以及来自阿卜杜拉国王科技大学和上海技术大学的合作者们共同创造了由碘化铯 - 碘化铅制成的由2,2'-亚氨基二苯甲酸(IDA)配体钝化的卤化物钙钛矿纳米晶体。他们表示,这种钝化处理工艺提供了必要的化学稳定性,同时这种稳定性对光电子器件十分有必要。钝化过程很简单:只需将IDA粉末添加到纳米晶体溶液中,并使用离心机除去过量的IDA即可。  

该团队选择IDA材料是因为它是一种双齿配体,这意味着它可以在两个位点上与纳米晶体结合。“在这种应用中使用的常规配体,如油酸,在钙钛矿纳米晶体表面上是动态的,容易松动,”论文的第一作者潘俊(音)说道。“这就是我们应用双羧酸基团来强力结合在材料表面上的原因,同时这种材料也可以在室温下稳定钙钛矿结晶相。”    

潘俊(音)和他的团队比较了钝化样品和未钝化样品的光学性质,结果显示这种钝化处理可以有效提高光致发光率(从80%到95%以上),光致发光率是衡量吸收的每个光子发射多少光子量的单位。实验结果同时显示,五天后未钝化纳米晶体发射的光强度显著下降,但IDA处理的样品在15天后仍以90%的初始水平发光。    

该研究团队表示,使用经过处理稳定的卤化物钙钛矿纳米晶体来构建发光二极管,就最大亮度和发光效率而言,该红光产生装置远远优于未钝化的控制装置。  

 “我们下一步目标是实现更稳定的钙钛矿结构,并创建一个性能提升超过10%的基于钙钛矿纳米晶体的LED。” 潘俊(音)说。