Dana 25. studenoga, tim profesora Wei Zhanhua s Instituta za luminiscentne materijale i prikaz informacija Sveučilišta Huaqiao i Fakulteta za znanost o materijalima i inženjerstvo i tim profesora Edwarda H. Sargenta s Odjela za elektroničko i računalno inženjerstvo Sveučilišta iz Toronta zajednički su objavili online publikaciju u vrhunskom međunarodnom akademskom časopisu Nature Research paper. Kontrola distribucije omogućuje učinkovite LED diode od perovskita smanjene dimenzije. Ovim radom postignuto je značajno poboljšanje u performansama i životnom vijeku perovskit LED uređaja kroz pasivizaciju defekata i kontrolu dimenzija središnjeg svjetla, a očekuje se da će se u budućnosti primijeniti na nova polja zaslona i rasvjete.
Nature je jedan od najutjecajnijih akademskih časopisa na svijetu, posvećen izvještavanju i komentiranju najvažnijih otkrića u globalnim znanstvenim istraživanjima. Vrijedi spomenuti da je 2018. Sveučilište Huaqiao po prvi put objavilo izvorni broj Nature kao komunikacijske jedinice. Tri godine kasnije, Sveučilište Huaqiao ponovno je objavilo službene radove Nature' kao komunikacijsku jedinicu, označivši da je razina znanstvenog istraživanja škole' značajno poboljšana i da je ušla u brzu traku zdravog razvoja.
Metalhalogenidni perovskiti imaju izvrsna optoelektronička svojstva, kao što su visoki molarni koeficijent ekstinkcije, duga udaljenost migracije nosača, podesivi razmak i visoka tolerancija defekta. Imaju široku perspektivu primjene u solarnim ćelijama i diodama koje emitiraju svjetlost. Na temelju razlike u mikroskopskoj kristalnoj strukturi, metalhalogenidni perovskiti se mogu podijeliti na nuldimenzionalne, niskodimenzionalne i trodimenzionalne. Među njima, niskodimenzionalni perovskitni materijal ima učinak kvantnog ograničenja, ima veliku energiju vezanja eksitona, nije lako proizvesti ne-radijacijsku rekombinaciju i ima visoku svjetlosnu učinkovitost.
Međutim, kako bi se razvili visoko učinkoviti i stabilni niskodimenzionalni metalhalogenidni perovskitni materijali za uređaje koji emitiraju svjetlost, još uvijek postoje dva velika izazova: prvo, postojanje defektnih stanja uzrokovat će stvaranje neradijacijskih rekombinacijskih centara, vodeći na migraciju iona. To je pogodno za svjetlosnu učinkovitost i stabilnost uređaja; drugi je formiranje višefaznih hibridnih kvantnih bušotina, što će uzrokovati prijenos energije iz kvantne bušotine sa širokim pojasom u kvantnu jamu s uskim pojasom pod svjetlom i električnom pobudom, što će rezultirati disipacijom, što nije pogodno za emisiju svjetlosti uređaja Učinkovitost, čistoća boje.
Slika 1. Shematski dijagram procesa formiranja filma od tri vrste perovskitnih luminiscentnih tankih filmova, gdje PEA predstavlja fenetilamonijevu sol, TPPO predstavlja trifenilfosfin oksid, a TFPPO predstavlja tris(4-fluorofenil)fosfin oksid.
Kako bi poboljšali performanse niskodimenzionalnih perovskitnih LED uređaja, tim Edwarda H. Sargenta sa Sveučilišta u Torontu i tim Wei Zhanhua sa Sveučilišta Huaqiao zajedno su predložili strategiju kontrole širine površine pasiviranja površine metalhalogenog perovskita niske dimenzije. Kao što je prikazano na slici 1, tijekom procesa kristalizacije pokrenutog anti-otapalom, ioni [PbBr6]4-, MA{{7}} i Cs{{8}} prvo formiraju perovskitne prekursorske pahuljice, a zatim PEA{{9} } organski kationi u interakciji s prekursorskim pahuljicama stvaraju niskodimenzionalni perovskitni luminescentni film. U referentnoj skupini, poremećaj i brza difuzija PEA{{11}} organskih kationa doveli su do stvaranja defektnih centara i nasumičnih dimenzionalnih struktura kvantnih jažica. U eksperimentalnoj skupini, veza P=O u molekulama TPPO i TFPPO može stupiti u interakciju s pahuljicama prekursora perovskita P=O:Pb2{{14}}, što učinkovito regulira proces kristalizacije i smanjuje stvaranje defektnih centara. Osim toga, obilne F skupine u TFPPO mogu stupiti u interakciju s PEA+ organskim kationima kako bi usporile oslobađanje sirovina i odgodile rast kristala, te konačno formirale visokokvalitetni perovskitni luminiscentni film s ujednačenim dimenzijama.
Slika 2 (a) Shematski dijagram strukture perovskitnog LED uređaja, transmisijski transmisioni elektronski mikroskop poprečnog presjeka i shematski dijagram strukture energetske razine; (b) krivulja struja-napon, krivulja svjetlina-napon i vanjska kvantna učinkovitost koja odgovara trima perovskitnim LED uređajima - krivulja svjetline; (c) Statistička distribucija vanjske kvantne učinkovitosti tri perovskitna LED uređaja; (d) krivulje strujnog napona za tri perovskitna jednoelektronska i jednostruka uređaja; (e) Na temelju obrade TFPPO Krivulja radnog vijeka perovskitnih LED uređaja.
Kao što je prikazano na slici 2, ovaj film ima ujednačenu i gustu površinsku morfologiju, s valnom duljinom emisije od 517 nm, polovičnom širinom od samo 20 nm i učinkovitošću fotoluminiscencije blizu 100%. Pripremljeni zeleni LED uređaj ima vanjsku kvantnu učinkovitost od 25,6% i radni vijek od 2 sata pri svjetlini od 7.200 cd m-2, što je daleko više od sličnih trenutno prijavljenih uređaja.
Profesor Wei Zhanhua rekao je da su u posljednjih nekoliko godina performanse uređaja i radni vijek perovskitnih LED dioda značajno poboljšani, ali je još dug put do toga. U budućnosti je potrebno više znanstvenika koji će zajedno raditi na poboljšanju izlaznih performansi u stacionarnom stanju, ponovljivosti uređaja visoke učinkovitosti i performansi višebojnog spektralnog izlaza uređaja.
U radu je dr. Ma Dongxin, postdoktorand na Sveučilištu u Torontu, bio prvi autor. Provela je jednogodišnje gostujuće istraživanje na Sveučilištu Huaqiao; Dr. Kebin Lin sa Sveučilišta Huaqiao bio je drugi autor i također je dao važan doprinos radu. Profesor Edward H. Sargent i profesor Wei Zhanhua su korespondentni autori. Ovaj istraživački rad snažno su poduprli Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine, Zaklada za prirodne znanosti provincije Fujian i Fond za znanstveno istraživanje Sveučilišta Huaqiao. (
