中国科大在钙钛矿薄膜制备及发光器件研究中取得重要进展

近日，中国科学技术大学物理学院肖正国教授课题组与南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授课题组合作，在钙钛矿薄膜制备及发光器件研究中取得重要进展。钙钛矿材料因其优异的光电特性在太阳能电池、led、光电探测器等领域有重要的应用前景。钙钛矿薄膜的成膜质量和微观结构对光电器件的性能起着至关重要的作用。该研究团队通过在钙钛矿表面形成的纳米结构，增加了光子在薄膜表面的散射，实现钙钛矿led器件效率极限的突破。相关成果以“overcoming the outcoupling limit of perovskite light-emitting diodes with artificially formed nanostructures”为题发表在《先进材料》上。

钙钛矿led具有发光波长可调、发光半峰宽窄、易于制备等优点，钙钛矿led的器件效率目前主要受限于光取出效率。因此，增加器件的光取出效率是一个非常重要的研究方向。在有机led以及量子点led中，一般需要额外的光提取层来增加光子的取出，如使用复眼透镜阵列、仿生蛾眼纳米结构和低折射率耦合层等。然而，这些方法使得器件的制备过程更加复杂，增加了制造成本。

肖正国课题组报道了一种可以在钙钛矿薄膜表面自发形成纹理结构的方法，通过增加薄膜表面光子散射提高钙钛矿led的光取出效率。在薄膜制备过程中，通过控制反溶剂在薄膜表面的停留时间，可以控制钙钛矿的结晶过程，从而得到有纹理结构的表面。对于平均厚度为1.5 μm的薄膜，其表面粗糙度可以实现15.3 nm到241 nm的连续可控，雾度也相应地从6%增加到90%以上。得益于薄膜表面的光子散射的增加，具有纹理结构的钙钛矿led的光取出效率，从平面钙钛矿led的11.7%增加到26.5%，对应的钙钛矿led的器件效率也从10%显著提高到20.5%。以上工作为钙钛矿光电器件提供了一种制备光提取纳米结构的新方法。具有微纳结构的钙钛矿薄膜类似于晶硅太阳能电池中的绒面形貌，有望提升钙钛矿太阳能电池的光吸收效率和性能。

图示：不同钙钛矿薄膜表面光子取出的示意图（a）。不同反溶剂制备的钙钛矿led的光取出效率（b）以及器件效率（c）。

我校物理学院肖正国教授与南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授为该论文的共同通讯作者。物理学院博士后陈文静、硕士生陈甲、黄总铭以及南京工业大学博士生顾良慧为该论文的第一作者。本项研究得到国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费专项资金、以及合肥综合性国家科学中心能源研究院的资助。

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（物理学院、科研部）