該研究團隊使用基于氣刀輔助的刮涂法制備出了大面積、高效率的鈣鈦礦LED，向鈣鈦礦LED照明的商業應用邁進了重要一步。相關成果以“Large-area and efficient perovskite light-emitting diodes via low-temperature blade-coating”為題，于1月8日發表在《自然通訊》雜志上。

 

金屬鹵化物鈣鈦礦LED因為具有色域廣、帶隙易于調節、發光半峰寬窄、易于制備等優勢，已經成為新一代的LED器件。2014年，首次報道了室溫下發光的鈣鈦礦LED，其外量子效率（EQE）低于1%，短短幾年內鈣鈦礦LED的EQE就已經超過了20%，接近于商用有機LED（OLED）的水平，在照明和顯示領域展示出了廣闊的應用前景。

 

但是目前高效率的鈣鈦礦LED都是基于旋涂法制備而成的，器件面積都很小(mm2量級)，無法滿足大面積商業照明的需求。刮涂法是一種基于溶液法就能制備出大面積薄膜的方法，但是刮涂法制備鈣鈦礦薄膜的結晶過程不易控制，制備出來的鈣鈦礦LED的EQE最高僅為1.1%，其器件面積也僅為9mm2。

 

針對以上問題，肖正國課題組以有機無機雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3為研究對象，通過降低鈣鈦礦前驅液的濃度，引入4-氟苯甲胺，并結合氣刀輔助的方法，使薄膜結晶過程中形成更多的成核位點，從而制備出了均勻致密的鈣鈦礦多晶薄膜，薄膜的表面粗糙度僅為0.8nm。

 

采用刮涂法制備的大面積鈣鈦礦薄膜（6cm×9cm），在厚度、表面粗糙度、熒光產率以及熒光壽命等方面都展現出極好的均勻性。采用刮涂法制備的鈣鈦礦LED器件的EQE最高達16.1%（0.04cm2）以及12.7%（1cm2）。超大面積（28cm2）的鈣鈦礦LED工作時發出了非常均勻的紅光。

 

同時，課題組也采用刮涂法制備出了基于PEN/ITO襯底的柔性鈣鈦礦LED，為制備大面積柔性光電子器件奠定了基礎。以上工作充分顯示了刮涂法制備大面積、高效率的鈣鈦礦LED的可行性以及將其應用于商業LED照明的巨大前景。

圖1，a,鈣鈦礦LED的器件結構

b,鈣鈦礦LED性能表征

c,柔性鈣鈦礦LED器件的照片

d,超大面積的鈣鈦礦LED器件照片

 

中國科學技術大學物理系肖正國教授為該論文的通訊作者。物理系博士研究生儲勝龍、陳文靜以及碩士研究生房志斌為該論文的共同第一作者。本項研究得到國家自然科學基金委、中組部以及中國科大的資助。