近日，南京工業大學研究團隊在環境友好型鈣鈦礦發光二極管方面的研究取得重大突破，在國際上首次將錫基近紅外鈣鈦礦發光二極管外量子效率提升至11.6%，相關研究成果發表在《自然·納米技術》上。
錫基鈣鈦礦具有環境友好、維度可調和光電特性優異等優點，是替代傳統鉛基鈣鈦礦的理想材料之一。然而，目前錫基鈣鈦礦光電器件性能遠落后于鉛基鈣鈦礦器件。“三維鈣鈦礦結晶速度過快導致薄膜缺陷密度高，而準二維鈣鈦礦體異質結存在大量的異質維度界面，不利于載流子的高效輻射復合。”該研究團隊成員王建浦教授指出，“盡管傳統的外延生長方法可獲得低缺陷、單一界面的高質量二維/三維鈣鈦礦異質結，但是復雜苛刻的制備工藝，限制了其在大面積鈣鈦礦薄膜及器件中的應用。”
為此，該研究團隊開發了簡便的一步溶液外延生長方法，通過簡單旋涂制備出可大面積化的高質量二維/三維錫基鈣鈦礦異質雙層薄膜。“和湖水結冰時水面先結冰現象類似，在溶劑揮發和添加劑的共同作用下，三維鈣鈦礦先在溶液表面結晶，隨后在加熱退火過程中，二維鈣鈦礦再以三維鈣鈦礦為模板緩慢向下生長，最終兩者像‘焊接’過一樣，牢牢地貼合在一起。”研究團隊成員常進副教授介紹道。
實驗結果顯示，基于這一方法構筑的錫基近紅外鈣鈦礦發光二極管外量子效率達到11.6%，刷新了該團隊前期保持的世界效率紀錄8.3%。該研究在國際上首次利用一步旋涂法實現了大面積外延生長的高質量錫基鈣鈦礦薄膜，突破了傳統外延方法在大面積器件制備方面的局限性，不僅為進一步提升錫基鈣鈦礦發光二極管器件性能提供了全新的思路和方法，而且對制備高質量鈣鈦礦半導體材料和推動鈣鈦礦光電子領域的快速發展也有重要意義。
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