由冲绳科学技术研究所制作
来自OIST能源材料和表面科学部门的研究人员创造了蓝色发光二极管，这种发光二极管使用了一种新的结构来提高稳定性
信用:OIST 冲绳科学技术研究所研究生院(OIST)的研究人员开发了基于一种叫做金属卤化物钙钛矿的材料的蓝色发光二极管，这是第一次使用不对称的桥将钙钛矿层固定在一起，从而产生更稳定的结构
这项研究最近发表在2021年11月18日的《美国化学学会杂志》上，可能会让钙钛矿发光二极管离商业化更近一步
第一作者Dr
刘玉强，前能源材料与表面科学部博士后研究员，现任中国青岛大学教授
“仅在短短几年内，钙钛矿发光二极管的效率——它们将电能转化为光能的能力——已飙升至与传统发光二极管相当的水平，不久将超过它们
" 除了效率水平之外，钙钛矿发光二极管还比市场上现有的发光二极管技术具有许多优势，因为它们有潜力以生产成本的一小部分生产更亮、更纯的颜色
然而，钙钛矿发光二极管的稳定性仍然是一个巨大的障碍，即使是最稳定的发光二极管的工作寿命也只有几百小时
尤其是蓝色发光二极管，已经落后于红色和绿色发光二极管，寿命不到两个小时，效率只有一半左右
但是，如果没有蓝色发光二极管，在彩色显示器中使用钙钛矿或作为光源的实际应用是有限的，因为红、绿、蓝光需要混合才能产生包括白色在内的全部颜色，该论文的资深作者和OIST能源材料与表面科学部门负责人齐亚兵教授解释说
在金属卤化物钙钛矿的晶体结构中，卤化物离子(绿色小球)在金属原子(暗红色球)周围形成八面体形状(粉红色)
在一组四个八面体形状的中间有一个正离子(橙色球)
信用:OIST “从历史上来看，蓝色排放一直都很难实现，”教授说
齐继续说道
“首次使用氮化镓制造的获得诺贝尔奖的蓝色发光二极管比红色和绿色发光二极管的开发时间长了30年——即使是现在，制造大尺寸、高质量的氮化镓晶体仍然具有挑战性，而且成本高昂
因此，非常需要研究新的蓝色发光材料，比如钙钛矿
" 在这项研究中，科学家们研究了蓝色钙钛矿发光二极管中的一个主要问题——卤化物分离问题
当金属卤化物钙钛矿晶体形成时，卤化物以八面体形状结合在金属原子周围
正离子位于四个八面体形状之间
然而，当电压施加在钙钛矿发光二极管上时，这是发光二极管发光所必需的，这也导致形成八面体结构的负卤化物离子分离并向发光二极管的正端迁移
八面体形状之间的正离子也迁移到发光二极管的负端
这种离子迁移使钙钛矿结构退化，导致发光二极管的效率骤降，蓝色向更绿的色调转移
为了试图解决卤化物分离的问题，研究人员创造了一种钙钛矿结构的蓝色发光二极管，这种钙钛矿结构被称为迪翁-雅各布森相结构，其中二维(2D)钙钛矿晶体层相互堆叠
钙钛矿层然后通过分子桥连接在一起，增加了整个结构的稳定性
在之前的研究中，产生的分子桥是对称的，这意味着分子的两端看起来是一样的
研究人员创造了一种钙钛矿结构，其中二维钙钛矿层通过不对称的桥接分子连接在一起
信用:OIST 现在，研究人员第一次探索了使用两端不同的不对称电桥是否会影响钙钛矿发光二极管的整体性能
研究人员发现，当桥接分子不对称时，它会减缓离子在钙钛矿层之间的迁移，从而提高钙钛矿结构的稳定性
研究小组提出，这种不对称性会改变电子在桥接分子中的分布方式，从而在层间产生一个小的偶极电场
“我们认为这种偶极电场干扰了离子迁移，因此保持了稳定性，”教授说
气
除了解决钙钛矿发光二极管中卤化物分离的问题，使用不对称桥的策略也可以应用于其他钙钛矿基器件，如钙钛矿太阳能电池
“这是创造各种寿命更长的钙钛矿器件的令人兴奋的进步，”教授说
齐总结道
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