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鑒于此，香港科技大學(xué)范智勇團(tuán)隊(duì)采用近距離氣相反應(yīng)方法（CSVR）在疏水多孔氧化鋁膜 (porous alumina membranes，PAM) 中展示了具有高度均勻的結(jié)晶鈣鈦礦量子線 (quantum-wire，QWs) 陣列。該生長(zhǎng)方法具有普適性，改變不同組分的金屬鹵化物鈣鈦礦（即 APbX3（A = Cs，MA)；X = I、Br、Cl 或組合）均可實(shí)現(xiàn)在大面積平面和 3D 球形基底上成功制備，并且PL覆蓋整個(gè)可見光波段（藍(lán)色、青色、綠色和紅色）。MAPbBr3 QWs 陣列在環(huán)境條件下顯示 92% 的PLQY和保持 50% PL (TPL50) 的時(shí)間為 5,644 小時(shí)。將MAPbBr3 QWs用于平面 LED，在環(huán)境條件下具有 31,667 cd m-2 的高峰值亮度和 16.9 小時(shí)的長(zhǎng)壽命。受益于 PAM 基板、CSVR 工藝和空穴傳輸層 (HTL) 蒸發(fā)的可擴(kuò)展性，MAPbBr3 QWs LED 表現(xiàn)出優(yōu)異的可擴(kuò)展性。通過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)了具有電致發(fā)光 (electroluminescence，EL) 的四英寸晶圓級(jí) LED 器件的成功制備，并且CSVR QWs 生長(zhǎng)的共形特性能夠制造出獨(dú)特的 3D 球形 LED 器件。

MAPbBr3 QWs 的生長(zhǎng)及表征

圖1. CSVR 工藝生長(zhǎng)MAPbBr3 QWs及其相應(yīng)的表征。

首先通過(guò)控制MAPbBr3 QWs的生長(zhǎng)速度實(shí)現(xiàn)其在PAM中的結(jié)晶度（以PL強(qiáng)度表示），并且在QWs生長(zhǎng)結(jié)束后通過(guò)離子研磨方法將上表面的多晶鈣鈦礦去除以保證QWs的結(jié)晶質(zhì)量。通過(guò)改變PAM的孔徑，可以實(shí)現(xiàn)PL發(fā)射峰位的調(diào)控。

CSVR工藝生長(zhǎng)QWs的普適性驗(yàn)證

圖2. CSVR 工藝的普適性及鈣鈦礦QWs柔韌性表征。

通過(guò)改變鈣鈦礦的組成成分，均可實(shí)現(xiàn)QWs的成功制備，其發(fā)射光譜涵蓋了整個(gè)可見光波段。同時(shí)在四英寸圓形和柔性基底上實(shí)現(xiàn)了QWs的成功制備。

MAPbBr3 QWs的環(huán)境穩(wěn)定性表征

圖3. MAPbBr3 QWs的機(jī)械和環(huán)境穩(wěn)定性表征

相比較于MAPbBr3平面薄膜，所制備的MAPbBr3 QWs具有較高的黏聚力，并且在溫度為23 °C 和 濕度為~45–55%的環(huán)境條件下，MAPbBr3 QWs的PL達(dá)到50%的保存時(shí)間為5,644 h，表現(xiàn)出較高的環(huán)境穩(wěn)定性。

MAPbBr3 QWs LED器件的形貌和性能表征

圖4. 平面MAPbBr3 QWs LED器件的性能表征。

圖5. 大面積平面MAPbBr3 QWs LED器件的性能表征。

圖6. 曲面MAPbBr3 QWs LED器件的性能表征。

受益于 PAM 基板、CSVR 工藝和空穴傳輸層 (HTL) 蒸發(fā)的可擴(kuò)展性，將所制備的MAPbBr3 QWs用于大面積平面和曲面LEDs器件的制備。3×3 cm2的平面LED器件的最大亮度為31,667 cd m−2（電流密度為477 mA cm−2），其外量子效率（EQE）和電流效率為7.3%和22 cd A−1。同時(shí)在三維球形基底上生長(zhǎng)MAPbBr3 QWs，并將其用于平面（器件尺寸：2.0 mm × 2.8 mm）和球形LEDs器件。平面LED器件的EQE和亮度可達(dá)8.76%和1,300 cd m−2，球形LED器件表現(xiàn)出良好的空間亮度均勻性。

小結(jié)：本文通過(guò)CSVR方法在二維平面和三維球形基底上均實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦QWs的成功制備，并將其成功用于LEDs器件中，在提高LEDs器件發(fā)射光子外耦合效率的同時(shí)有望推動(dòng)鈣鈦礦QWs LEDs在未來(lái)照明中的應(yīng)用。相關(guān)成果以“Large-scale planar and spherical light-emitting diodes based on arrays of perovskite quantum wires”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Nature Photonics》（DOI: 10.1038/s41566-022-00978-0）

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-00978-0