近日，我校物理工程学院材料物理教育部重点实验室的青年教师史志锋博士与吉林大学合作，在新型钙钛矿基发光器件方面取得新进展，相关成果以郑州大学为第一单位发表于国际知名期刊《纳米快报》(影响因子: 13.779)上, (High-Efficiency and Air-Stable Perovskite Quantum Dots Light-Emitting Diodes with an All-Inorganic Heterostructure, Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04116)。
    近年来，有机/无机杂化钙钛矿材料在光电器件领域的潜在应用开始引起人们的广泛关注，尤其是在新型太阳能电池领域。但是，受限于钙钛矿薄膜较差的成膜特性以及相对较低的荧光量子效率，其在发光、显示以及激光领域的发展一直比较缓慢。同时，稳定性不高也一直制约着有机-无机杂化钙钛矿材料在光电器件中的应用。为了克服以上困难，史志锋博士创新性地采用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点作为发光层来改善器件的发光性能。该新型量子点体系采用简单的溶剂共混调控沉淀方法制备，荧光量子效率超过80%，较传统的镉系量子点具有更高的发光纯度。
    工作稳定性是衡量LED性能的重要指标之一，也是目前限制钙钛矿基光电器件走向应用的关键。而目前已报道的钙钛矿基LED均是采用有机或聚合物材料作为电荷注入层，其本身的不稳定性不利于器件在大电流下的长时间工作。在本工作中，史志锋博士采用无机氧化物半导体作为电荷注入层，首次制备出基于CsPbBr3量子点的全无机异质结构（p-NiMgO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN），该器件的亮度可达3809 cd/m2，外量子效率约为2.39%。更重要的是，该器件可在直流驱动下连续工作10小时以上，其工作稳定性大大优于目前已报道的其它钙钛矿基LED。
    该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及郑州大学优秀青年教师发展基金等项目的支持。

    文章链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04116

     图1：（a）CsPbBr₃量子点的透射电子显微镜照片，插图为单个CsPbBr₃量子点高分辨透射电镜图；（b）CsPbBr₃量子点的尺寸分布图；（c）CsPbBr₃量子点的能量色散谱图；（d）CsPbBr₃量子点薄膜的X射线衍射图；（e）CsPbBr₃量子点溶液的光发射和吸收谱，以及n-MgZnO和p-MgNiO薄膜的吸收谱；（f）CsPbBr₃量子点溶液的瞬态荧光曲线。 

     图2：（a）上方为p-MgNiO/CsPbBr₃/n-MgZnO/n⁺-GaN异质结器件的制备流程图，下方为每一层所对应的扫描电子显微镜表面形貌图；（b）器件结构示意图；（c）整个器件结构的断面扫描电子显微镜照片；（d）该多层异质结够的简化能带示意图。

   图3：（a）该发光器件的电流密度-电压曲线以及亮度-电压曲线；（b）器件在不同电压下的电致发光谱以及6伏驱动电压下的发光照片；（c）器件的电流效率-电压曲线以及外量子效率-电压曲线；（d）器件的色坐标图，以及器件工作时照亮“郑州大学”logo的实物图。（e）实验证实：钙钛矿绿光LED可用于激发CdSe量子点的荧光发射；（f）钙钛矿LED的发光区域在不同驱动电压下的显微镜照片，用于评价器件的发光均匀性。

    图4：（a）工作电压为8伏时，钙钛矿LED的发光强度随时间的变化；（b）钙钛矿LED连续工作10小时下的发光强度衰减曲线，插图显示在不同工作时间内的器件发光照片；（c）钙钛矿LED连续工作10小时内电致发光谱的演变。