近日，上海交通大学环境科学与工程学院赵一新团队在Advanced Materials发表了题为“Deep-Red Perovskite Light-Emitting Diodes Based on One-Step-Formed γ-CsPbI₃ Cuboid Crystallites”的研究论文。
相比于有机无机杂化钙钛矿，全无机CsPbI₃具有更高的化学稳定性，同时其本征的深红色发光也可以为PeLED显示器提供更宽广的色域。为了克服黑相CsPbI₃钙钛矿易发生相变的难题，目前普遍的方法是先将其制备成钙钛矿量子点溶液，再旋涂得到稳定的黑相CsPbI₃薄膜。然而量子点表面的有机长链配体会影响钙钛矿薄膜的导电性，使得器件在大电流密度下易发生效率滚降，导致亮度难以提升。相比之下，三维CsPbI₃钙钛矿可以通过直接旋涂前驱体溶液获得，并具有更高的薄膜导电性。但是三维CsPbI₃薄膜缺陷密度高，导致器件的效率和稳定性难以进一步提升。
为解决上述问题，赵一新团队报道了通过一步法来原位制备具有长方体微晶结构的三维CsPbI₃薄膜。在该工作中，通过引入双胺阳离子，发现将丙二胺氢碘酸盐（PDAI）引入钙钛矿前驱体溶液能显著减缓钙钛矿的结晶速度，提高钙钛矿的晶粒尺寸和结晶质量。PDAI还能在钙钛矿表面形成钝化层，进一步降低了缺陷密度，提升了薄膜的荧光量子产率和器件效率。

通过X射线衍射表征，发现在ZnO基底上获得的是三维γ-CsPbI₃，PDAI主要起到的是添加剂的作用，未掺入钙钛矿晶格中。PDAI与FAI/PbI₂均有较强的相互作用，从而增大了前驱体溶液中的胶束尺寸，并减缓了从中间相到γ-CsPbI₃的相变过程，获得了形状规整的γ-CsPbI₃长方体微晶。另外，本工作得到的前驱体薄膜具有很宽的加工窗口，且无需使用反溶剂，适合于大面积发光器件的制备。基于上述PDAI对结晶过程的调控，最终基于三维CsPbI₃的PeLED（0.03 cm²）获得了15.03%的效率，9 cm²的大面积器件也实现了10.30%的效率。
此项工作成功发现了通过双胺有机阳离子来调控CsPbI₃无机钙钛矿的结晶过程，通过一步法获得具有高发光性能的钙钛矿薄膜。该工作为进一步研究和开发基于三维CsPbI₃薄膜的发光器件提供了重要思路，具有广泛的借鉴价值。
该研究得到国家自然科学基金（22025505，21777096，51861145101），上海市优秀青年学术带头人（20XD1422200），上海交通大学变革性分子前沿科学中心培育基金（2019PT02）和中国博士后科学基金（2020M671110）等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105699