金属卤化物钙钛矿材料被认为是最有前途的半导体材料之一，在发光二极管(LED)、太阳能电池和激光器等领域有着广泛的应用前景。在钙钛矿光电器件领域，引入添加剂填补钙钛矿晶体的缺陷，是实现高质量钙钛矿材料的有效策略，但目前关于添加剂对钙钛矿晶体形成过程的影响还缺乏深入的理解。
近日，中国科学院院士黄维和南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授团队基于对添加剂诱导结晶过程的研究，设计出具有氨基和羧基双官能团的新型添加剂分子，制备的近红外钙钛矿LED器件外量子效率达到22.2%，刷新了近红外钙钛矿LED的效率纪录，研究成果近日刊登在《自然·通讯》。
图片来源：南京工业大学
如何用添加剂诱导钙钛矿材料形成高质量钙钛矿晶体，这一作用机制尚不清晰。针对这一现状，该研究团队通过研究发现，钙钛矿的结晶过程是由添加剂与前驱体溶液中的甲酰胺碘相互作用决定的。
“含氨基的添加剂能与甲酰胺碘形成中间结构，使前驱体中游离的甲酰胺碘耗尽，这将有利于在溶液法制备薄膜的初期，从溶液表面垂直向下生长钙钛矿晶体，最终在高温加热中，使薄膜中的液体挥发，形成结晶性高、晶界少的垂直取向钙钛矿晶体。” 王娜娜说。
相反，与甲酰胺碘相互作用较弱的添加剂，如羧基分子，对结晶过程的影响较小，主要是钝化卤化物空位的缺陷，填补晶体上一些缺失的部位。
图片来源：南京工业大学
基于这一认识，研究人员设计了具有氨基和羧基双官能团的新型添加剂分子，制备的近红外钙钛矿LED器件，外量子效率达到22.2%，再次刷新了钙钛矿LED的效率纪录。“通过加入一种新型的多功能添加剂，来控制结晶过程，填补晶体上的各种缺陷，从而大大提高了器件效率。”论文第一作者朱琳博士表示。
更重要的是，这项研究还给出了一种添加剂筛选的普适性方法，对实现高性能钙钛矿光电器件具有重要意义，“我们的研究表明，以后选择添加剂，一方面需要具有可以钝化缺陷的官能团，另一方面需要具有类似氨基的官能团使钙钛矿晶体垂直取向生长，这样才可以使晶体生长的质量更高。”王建浦教授表示。（来源：科技日报 记者金凤）
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