他，回国四年获杰青资助，实现南工大Nature“零的突破”，出任常大副校长，最新成果登上Nature Photonics！

近年来，钙钛矿材料成为备受关注的新一代明星材料，其研究开发热潮甚至有超越石墨烯之势，引起了国际同行的广泛关注。

2014年，回国不久、加入南京工业大学的王建浦教授一边搭建自己的实验室平台，一边尝试开拓新的研究方向。在国外同行主要集中开展钙钛矿太阳能电池研究时，他敏锐地觉察到钙钛矿也是一种很好的发光材料，于是在国内率先开展了钙钛矿发光二极管（LED）的研究。

2016年，王建浦教授提出“自组装多量子阱结构钙钛矿实现高效发光”的学术理论，并成功开发出了具备自主知识产权的高性能多量子阱钙钛矿薄膜，实现了钙钛矿LED外量子效率突破10%的重要突破。这一成果发表于Nature Photonics，随后还入选了2016年度“中国高等学校十大科技进展”，成为当年非C9（9校联盟）高校上榜的唯一项目。

创新不仅源于独辟蹊径，更源于对内在机理的深入探究。2018年，王教授课题组的两项钙钛矿LED研究成果正是基于以上两种研究理论而诞生的。他们向低浓度钙钛矿前驱液中引入一种氨基酸添加剂，利用低温溶液法自组装形成了具有亚微米尺度的离散型钙钛矿薄膜。由此形成的独特器件结构毫不影响器件的发射光谱和发光角度，光提取效率提高到30%。器件外量子效率和能量转化效率与市场上的OLED相当，在高亮度条件下甚至优于OLED。该成果实现了南京工业大学在Nature上的“零的突破”，也被当期Nature评论为“钙钛矿LED发展的里程碑”。

王教授凭借这些研究成果成为新型发光与显示领域的青年领军人才，2017年，回国四年的他就入选了国家杰青。先后还入选了长江学者、江苏省杰出青年基金、江苏省“双创计划”、江苏省特聘教授、江苏省“333高层次人才培养工程”等多个人才计划。2023年1月起担任常州大学副校长。

最近，南京工业大学/常州大学王建浦教授、南工大/西工大/福建师大黄维院士和王娜娜教授合作，在《Nature Photonics》以题为“Additive treatment yields high-performance lead-free perovskite light-emitting diodes”发表了LED研究方面的最新成果。

【高效Sn基钙钛矿LED的制备与表征】

作者首先研究了规则三维(3D)锡基钙钛矿中的缺陷形成，钙钛矿可以通过旋涂FAI、CsI、SnI2和SnF2的前体溶液制备。通过在成膜过程中进行原位光致发光(PL)测量，作者明确揭示了导致发光猝灭的缺陷是如何以及何时形成的（图1）。作者发现，在初始结晶过程中，从旋涂过程开始约15秒，钙钛矿簇快速聚集时，发光猝灭剂会迅速形成。此外，通过引入添加剂与碘化锡(II)(SnI2)在前驱体溶液中，作者可以有效地抑制钙钛矿簇在初始结晶过程中的快速聚集，并通过连续粗化促进高质量Sn钙钛矿的形成。

图 1. 旋涂过程中 Sn 基钙钛矿的原位 PL 测量

接着，作者进一步比较了制造的钙钛矿的薄膜质量。SEM和AFM显示，对照钙钛矿层具有低薄膜覆盖率（图2a）。基于PEAI-VmB1的钙钛矿层表现出更强和更窄的衍射峰，其呈现多面晶粒形状和增强的结晶度（图2b、d），这有利于实现低陷阱密度膜。图2e显示基于PEAI-VmB1的钙钛矿在~200 mW cm-2的激发强度下将峰值PLQE显着提高了34%，五种代表性薄膜的平均PLQE为29±3%，这是对照钙钛矿的十倍，几乎是锡基3D或准二维钙钛矿报道的最高PLQE的两倍。图2f显示基于PEAI-VmB1的钙钛矿的瞬态PL寿命也显着增加，这表明抑制了陷阱辅助的非辐射复合。

图 2. 含各种添加剂的 Sn 基钙钛矿的表征

【生长机理研究】

作者系统地比较了具有各种结构的添加剂，发现Sn基钙钛矿的不良性能源于晶体生长过程中纳米粒子的快速聚集（图3a）。在无添加剂的前驱体溶液中，具有四方金字塔结构的一维链[SnI3]nn−可以与DMSO-DMF溶剂配位。在旋涂过程中，随着溶剂分子的去除，可以形成许多成核位点（第一阶段），然后出现钙钛矿簇的快速聚集（第二阶段）。在顺序生长过程（第三阶段）中，一些内部晶格缺陷可能会通过纳米粒子的重排或再结晶来消除，但大多数体缺陷将被保留。通过结合PEAI和VmB1的作用，可以极大地抑制均匀成核和初始聚集。此外，PEAI和VmB1添加剂通过化学相互作用结合在钙钛矿表面，可以稳定钙钛矿结构，均可显着抑制Sn2+的氧化。

图3. FA0.9Cs0.1SnI3钙钛矿的生长路径示意图，无添加剂或有PEAI–VmB1

【LED特性】

基于PEAI–VmB1钙钛矿的器件表现出较小的漏电流（图4），开启后，该器件显示出电流密度和辐射率的快速增加，最大辐射率约为12 W sr-1 m-2（图4b）。该器件达到8.3%的峰值EQE，发射峰值在~894 nm，代表了Sn基钙钛矿LED的EQE记录，这是已报道的近红外有机LED和量子点LED的最高值之一。令人印象深刻的器件性能主要源于VmB1诱导的非聚集和定向结晶，这也有助于良好的器件稳定性，在不同的操作时间显示出3小时的半衰期和不变的电致发光(EL)光谱形状和偏差（图4d）。

图4.具有PEAI和0.15比率VmB1的FA0.9Cs0.1SnI3钙钛矿LED的特性

【小结】

本文证明，Sn基钙钛矿的低效率是由于在初始生长过程中微晶的快速聚集，这会导致高密度的缺陷，从而导致严重的发光猝灭。包含与SnI2形成强烈化学相互作用的大型有机添加剂可以通过抑制聚集过程有效地克服这个问题。基于这种方法，可以实现峰值EQE为8.3%的高效锡基钙钛矿LED。该研究结果为开发高质量的Sn基钙钛矿光电器件提供了指导。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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