导读：作者通过超高压退火实现了用准二维(Q-2D)钙钛矿抑制低维量子阱的形成。测试证实了尺寸剪裁，其次是结构相关的光电特性。观察到了超高压退火诱导的量子阱加速电荷载流子的辐射复合。解释了量子阱形成的机理。这些发现将为优化Q-2D钙钛矿在各种光电领域的应用开辟一条新的途径。
准二维（Q-2D）钙钛矿具有多维量子阱（QWs）的特性，是光电子应用的主要候选材料。然而，由于声子-激子相互作用和绝缘的有机阳离子的夹杂，过多的低维钙钛矿对器件效率不利。来自南京理工大学最新研究表明，通过超高真空（UHV）退火去除有机阳离子1-萘甲胺碘化物（NMAI），抑制了低维QWs的形成。与在手套箱中退火的薄膜相比，在超高压退火条件下制备的钙钛矿型发光二极管（PLEDs）器件具有13.0%的外量子效率和11.1%的电光转换效率。相关论文以题为“Dimensional Tailoring of Ultrahigh Vacuum Annealing-Assisted Quantum Wells for the Efficiency Enhancement of Perovskite Light-Emitting Diodes”发表在ACS Applied Materials & Interfaces。
论文链接：
/10.1021/acsami.0c02217
准二维（Q-2D）钙钛矿材料具有高的光致发光量子效率（PLQE）和良好的薄膜覆盖率等优良性能，使其在钙钛矿发光二极管（PLEDs）的应用中具有很高的应用价值。Q-2D钙钛矿的多维量子阱（QWs）不仅限制了注入电荷载流子以提高材料的光电性能，而且减少了表面水的渗透以提高器件的长期稳定性。近年来，基于1-萘甲胺碘化物（NMAI）有机间隔基的Q-2D钙钛矿被报道具有良好的PLEDs性能。然而，Q-2D钙钛矿通常含有小n-QWs和大n-QWs的混合相。由于声子-激子相互作用和绝缘的较大有机阳离子的夹杂，过多的低维小氮量子阱不利于器件的效率。因此，为了通过改进的辐射复合过程来提高器件的性能，通常需要进行尺寸裁剪。
本文研究了超高真空退火对NMAI基Q-2D钙钛矿薄膜低维相（小n-QWs）形成的抑制作用。作者进一步研究了超高压退火对钙钛矿薄膜的QWs结构及其对PLEDs性能的影响。采用掠入射广角X射线散射（GIWAXS）系统地研究了退火钙钛矿晶体的尺寸变化。对紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱进行了详细的分析，以解释与维数相关的光学性质。优化后的超高真空退火膜具有更快的光致发光衰减和更高的光致发光质量，这证实了量子阱的抑制形成加速了辐射复合速率。用X射线光电子能谱（XPS）从元素化学计量比变化的角度解释了钙钛矿的尺寸演化。进一步用优化的超高压退火钙钛矿薄膜制备了PLEDs，与用手套箱退火制备的相同的PLEDs相比，其EQE高达13.0%，光电转化效率高达11.1%。
图1.钙钛矿薄膜的二维GIWAXS谱，（a）薄膜Ⅰ，（b）薄膜Ⅱ，（c）薄膜Ⅲ和（d）薄膜Ⅳ，（e）GIWAXS谱的qr强度图。（f）不同压力下退火形成的具有不同n数的钙钛矿自组装膜的结构示意图。
图2.（a）钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收。（b）稳态光致发光光谱。（c）用TCSPC探测PL寿命。
图3.（a-d）显示了钙钛矿薄膜中元素（C，N，Pb和I）的XPS核心能级谱。从上到下每四个光谱分别来自于膜Ⅰ、膜Ⅱ、膜Ⅲ和膜Ⅳ。特征的化学来源用颜色标记并显示在插入件中。
图4.基于上述薄膜制备的PLEDs的光电特性。（a）PLEDs的能级图。（b）器件的EL光谱。（c）电流密度和辐射率与电压的关系。（d）EQE是电流密度的函数。（e）根据电流密度绘制的电光转换效率。（f）70个器件分别具有膜-Ⅰ和膜-Ⅲ的峰EQEs直方图。（文：爱新觉罗星）
