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破紀(jì)錄！鈣鈦礦量子點(diǎn)研究又有新進(jìn)展,！

先豐納米 2024-06-18 | 閱讀：2384

2009年,，日本科學(xué)家宮坂力等人首次報(bào)道了利用鈣鈦礦材料（如CH3NH3PbI3）制備的高效率鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，之后引起了廣泛的關(guān)注和研究,。在鈣鈦礦材料的研究中,，鈣鈦礦量子點(diǎn)是一個(gè)重要的分支。鈣鈦礦量子點(diǎn)具有較小的尺寸和量子限效應(yīng)，在光電應(yīng)用中具有更好的性能,。

此外豐富的表面使得性能可調(diào)控范圍大幅增加,，許多新穎的光學(xué)、電學(xué)性能等應(yīng)運(yùn)而生,?？蒲袡C(jī)構(gòu)和企業(yè)都在致力于開發(fā)高效、穩(wěn)定和可大規(guī)模制備的鈣鈦礦量子點(diǎn)材料,，以推動(dòng)其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用,。

本期分享的3篇鈣鈦礦量子點(diǎn)的研究中均取得了新進(jìn)展，一起看下~

Nature

長(zhǎng)程有序讓鈣鈦礦量子點(diǎn)LED的穩(wěn)定性提升100倍

金屬鹵化物鈣鈦礦膠體量子點(diǎn)具有出狹窄的FWHM(<30nm),，在紅色波長(zhǎng)中產(chǎn)生的外部量子效率EQEs高達(dá)25.8%,，F(xiàn)WHM約為30nm。然而,，這種高的EQE是在小于10cdm?2的亮度下實(shí)現(xiàn)的,，而實(shí)際應(yīng)用（手機(jī)或計(jì)算機(jī)屏幕）通常需要高達(dá)1,000cdm?2的亮度。迄今為止,，鈣鈦礦LEDs在初始亮度為1,000cdm?2時(shí)的工作半衰期到被限制在幾分鐘內(nèi),，阻礙了其在顯示器中的商業(yè)應(yīng)用。

2024年5月8日,，Nature在線報(bào)道了一種協(xié)同雙配體方法來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的紅色鈣鈦礦LEDs,。研究人員使用富碘劑(AnHI)進(jìn)行陰離子交換和鈍化全無(wú)機(jī)CsPbBr3量子點(diǎn)，并使用化學(xué)反應(yīng)劑(溴三甲基硅烷;TMSBr)調(diào)節(jié)大小和表面配體的長(zhǎng)程順序,。

TMSBr的液體性質(zhì)確保了與表面友好的非極性溶劑的混溶性,，并與質(zhì)子試劑(親核反應(yīng))在溶液中產(chǎn)生強(qiáng)酸(HBr)，這種強(qiáng)酸可以原位溶解較小的量子點(diǎn)以調(diào)節(jié)尺寸,，并更有效地去除不導(dǎo)電的配體,，從而實(shí)現(xiàn)致密、均勻和無(wú)缺陷的薄膜,。

這些薄膜具有高電導(dǎo)率(4×10?4S/m),，比對(duì)照高2.5倍，是迄今為止鈣鈦礦量子點(diǎn)中記錄的最高電導(dǎo)率,。高導(dǎo)電性確保了高效的電荷傳輸,，這種鈣鈦礦量子點(diǎn)制成的紅色鈣鈦礦LED在亮度為1,000cdm?2時(shí)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的2.8V低電壓和高工作穩(wěn)定性：在1,015cdm?2時(shí)T90為500分鐘。

此外,，在EQEs超過20%的情況下,，該操作裝置的穩(wěn)定性比以前的紅色鈣鈦礦LEDs高出100倍。

文獻(xiàn)名稱：Long-range order enabled stability in quantum dot light-emitting diodes

鏈接：DOI: 10.1038/s41586-024-07363-7

新紀(jì)錄,！藍(lán)光鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光二極管

目前綠光和紅光鈣鈦礦QLEDs的外部量子效率EQE已經(jīng)超過26%,，但是藍(lán)光鈣鈦礦QLEDs的性能遠(yuǎn)落后于綠光和紅光鈣鈦礦QLEDs,。

藍(lán)光鈣鈦礦QLEDs器件性能低的主要原因是：一方面是藍(lán)光鈣鈦礦QDs表面未配位Pb形成的深缺陷會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的非輻射復(fù)合，阻礙了器件效率的進(jìn)一步提高,。另一方面,，藍(lán)光鈣鈦礦QDs的深的價(jià)帶最大值(VBM)會(huì)在QDs和空穴傳輸層(HTLs)間形成大的注入勢(shì)壘，從而導(dǎo)致QDs層中載流子注入的不平衡,，進(jìn)而降低了QLEDs的效率和穩(wěn)定性,。

因此，為了實(shí)現(xiàn)藍(lán)光QLEDs中高效的激子輻射復(fù)合,，迫切需要開發(fā)同時(shí)鈍化藍(lán)光QDs缺陷和優(yōu)化器件載流子注入平衡的策略,。

2024年4月17日，Advanced Materials報(bào)道了研究人員從QDs材料優(yōu)化和器件設(shè)計(jì)出發(fā),，構(gòu)筑了高效的藍(lán)光鈣鈦礦QLEDs,，在發(fā)射光譜490 nm處實(shí)現(xiàn)了高達(dá)23.5%的EQE，這也是目前藍(lán)光鈣鈦礦LEDs領(lǐng)域報(bào)道的最高EQE,。

這一藍(lán)光鈣鈦礦QLEDs效率記錄的突破是結(jié)合了CsPbCl3-xBrx QDs的表面鈍化和合理的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)的,。在QDs材料鈍化方面，引入三氟羧酸根（TFA-）來(lái)調(diào)控QDs的復(fù)合行為,，發(fā)現(xiàn)TFA-能夠與CsPbCl3-xBrx QDs表面未配位的Pb產(chǎn)生強(qiáng)的相互作用，有望鈍化量子點(diǎn)的表面缺陷,。鈍化后,，藍(lán)光QDs表現(xiàn)出高效的激子輻射復(fù)合行為，其光致發(fā)光效率（PLQY）達(dá)84%,，遠(yuǎn)高于鈍化前QDs的43%,。

在器件設(shè)計(jì)方面，通過在聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(4,4′-(N-(4-仲丁基苯基)二苯胺)]（TFB）中引入小分子三(4-咔唑-9-基苯基)胺（TCTa）,，提出混合型空穴傳輸層（M-HTL）的設(shè)計(jì)思想,，以提升的空穴注入效率和傳輸能力；相比純的FTB,，M-HTL顯著提升了器件的空穴注入能力和平衡了器件的載流子平衡,。更重要的是，M-HTL展現(xiàn)出更優(yōu)異的成膜性,，顯著抑制了器件中的載流子泄漏也為高效QLEDs實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ),。

該工作突破了藍(lán)光鈣鈦礦QLEDs 20%的EQE，顯著促進(jìn)了鈣鈦礦QD在顯示領(lǐng)域的商業(yè)化進(jìn)程,。

文獻(xiàn)名稱：Boosting External Quantum Efficiency of Blue Perovskite QLEDs Exceeding 23% by Trifluoroacetate Passivation and Mixed Hole Transportation Design

DOI:10.1002/adma.202402325

鈣鈦礦量子點(diǎn)固體能帶工程助力高性能太陽(yáng)能電池的研究

CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQD）具有可調(diào)的表面化學(xué)性質(zhì),、良好的溶液加工性和獨(dú)特的光物理性質(zhì)，因此在下一代光伏領(lǐng)域具有很大潛力,。然而,，附著在PQD表面的殘留長(zhǎng)鏈配體會(huì)嚴(yán)重阻礙PQD固體內(nèi)部的電荷載流子傳輸,，從而主要影響PQD太陽(yáng)能電池（PQDSCs）的電荷提取。

2024年5月18日,，Advanced Materials介紹了一種配體誘導(dǎo)的PQD固體能帶工程,，以增加PQD固體的電荷載流子提取，從而實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)能電池,。

在該項(xiàng)工作中,，研究人員利用具有不同偶極矩的功能分子4-硝基苯硫醇（NO2-PhSH）和4-甲氧基苯硫醇（O-PhSH）調(diào)節(jié)PQD固體的能級(jí)。通過詳細(xì)的理論計(jì)算和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,，全面了解以PQD表面配體為主導(dǎo)的PQD固體的光物理性質(zhì),。

結(jié)果表明，具有不同偶極矩的4-硝基苯硫醇和4-甲氧基苯硫醇分子可以通過硫醇基團(tuán)牢固地錨定在PQD表面,，從而調(diào)節(jié)PQD能級(jí),，并在PQD固體內(nèi)部形成梯度帶結(jié)構(gòu)。

此外,，這些具有硫醇基團(tuán)的功能分子還能通過Pb-S鍵有效地鈍化PQD的表面缺陷,，從而顯著減少光誘導(dǎo)電荷載流子的陷阱輔助非輻射重組。因此,，能帶工程PQDSCs的光伏性能得到了顯著改善,，獲得了高達(dá)16.44%的PCE，是CsPbI3PQDSCs中效率最高的,。該研究工作為通過PQDs配體工程來(lái)調(diào)整PQD固體的光物理特性提供了一條新途徑,。

同時(shí)，該研究也為PQDs的功能配體篩選提供了重要見解和物理原理,，從而控制PQDs表面化學(xué),，實(shí)現(xiàn)高性能光伏或其他光電器件。

文獻(xiàn)名稱：Band Engineering of Perovskite Quantum Dot Solids for High‐Performance Solar Cells

鏈接：DOI: 10.1002/adma.202404495

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