近日，微電子學院麥耀華教授團隊在國際權威期刊Advanced Functional Materials (IF=18.808）上發表題為“Vacuum-Assisted Preparation of High-Quality Quasi-2D Perovskite Thin Films for Large-Area Light-Emitting Diodes”的研究論文。博士研究生陳超然為第一作者。麥耀華教授和郭飛教授為通訊作者，太阳集团app首页為第一通信單位，合作單位包括浙江大學、南方科技大學和鄭州大學。

       可溶液加工的金屬鹵化物鈣钛礦發光二極管（PeLED）的外量子效率已經超過20%，是一種極具應用前景的新型電緻發光器件。然而，目前高效率器件的鈣钛礦發光層基本使用旋塗法結合反溶劑結晶工藝沉積，制備的器件的有效發光面積一般在10 mm2左右。為了推動鈣钛礦發光二極管在大面積照明和顯示中的應用，亟需開發基于塗布印刷制備高質量鈣钛礦發光薄膜的結晶工藝。

       使用塗布印刷制備鈣钛礦發光薄膜的主要挑戰來自于如何調控富含溶劑的鈣钛礦濕膜的結晶過程，從而生成高度緻密、結晶性好、光緻發光效率高的鈣钛礦薄膜。鑒于此，太阳集团app首页麥耀華團隊報道了一種簡單可靠的基于真空輔助結晶的鈣钛礦薄膜制備工藝：首先通過刮塗法沉積一層鈣钛礦前驅體濕膜，進而将鈣钛礦濕膜在室溫下進行真空溶劑淬滅，形成中間相；最後經過退火得到緻密且結晶性好的鈣钛礦發光薄膜（圖1a）。基于真空輔助結晶工藝可以将前驅體濕膜沉積和熱退火進行有效分離，從而實現結晶動力學可控，避免了嚴重的相分離以及微觀孔洞的形成（圖1b-1e）。

圖1.（a）真空輔助結晶工藝制備(PEA)2Csn-1PbnBr3n+1薄膜的示意圖；（b-e）不同結晶工藝的(PEA)2Csn-1PbnBr3n+1薄膜的SEM圖：（b）對前驅體濕膜直接退火，（c）室溫下溶劑蒸發完再退火，（d）僅真空處理，（e）真空處理後再退火；SEM圖像中的比例尺為500 nm。

       在準二維鈣钛礦薄膜中，不同層數的低維相和三維鈣钛礦的組成對載流子在薄膜中的傳輸至關重要。因此，作者通過調節間隔陽離子PEABr的用量來調控低維相和三維鈣钛礦的相對比例。如圖2a-c所示，添加較低摩爾比例的PEABr的薄膜中主要形成三維鈣钛礦，而過量的PEABr制備的薄膜則主要由較小層數的準二維鈣钛礦組成。相比之下，适量（40%）的PEABr則生成了相對均衡的不同n值的低維相和三維鈣钛礦，實現了載流子在不同相之間的快速轉移（圖2d-f）。最終，基于40%PEABr鈣钛礦薄膜制備的PeLED器件實現了8.24%（0.12 cm2）和6.12%（1 cm2）的外量子效率（圖3a，b）。

圖2.（a）20%、（b）40%、（c）60% PEABr比例的(PEA)2Csn-1PbnBr3n+1薄膜的瞬态吸收光譜，及其能量轉移過程。

       此外，為了驗證大面積制備的均勻性，作者同時使用旋塗法制備了鈣钛礦薄膜，通過PL成像研究發現基于真空輔助結晶的刮塗法制備的鈣钛礦薄膜具有更好的均勻性（圖4c，d）。最後，基于塗布印刷制備了有效發光面積為3.5×3.5 cm2的PeLED器件，進一步證明了該結晶工藝在大面積發光二極管制備領域的潛在實用性。

圖3.（a）小面積（0.12 cm2）器件的EQE曲線圖；（b）1 cm2鈣钛礦發光器件的J-V-L曲線圖；基于旋塗法（c）和真空輔助結晶的刮塗法（d）制備的大面積（5×5 cm2）鈣钛礦薄膜的PL成像；（e）發光面積為3.5×3.5 cm2 的鈣钛礦發光器件的照片。

       該工作得到國家自然科學基金(61705090和62004089)、廣東省自然科學基金(2020A1515010853)、中央高校基本科研業務費專項資金(21620441)以及深圳市孔雀團隊項目資助（KQTD2015033110182370）。

論文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107644