科技日报记者 符晓波
记者28日从厦门大学获悉，该校材料学院解荣军教授团队联合复旦大学王利新教授团队，首次阐明锡基钙钛矿在电场作用下发生电化学氧化造成LED发光衰减的关键机制，提出晶格掺杂与表面钝化协同调控策略，成功制备出高效率、长工作寿命的锡基钙钛矿LED，为高性能无铅钙钛矿光电器件研发提供了重要的理论支撑与技术路径。相关研究成果8月27日发表在国际期刊《科学》上。
近红外锡基钙钛矿LED具备低毒性、溶液可加工及低成本等优势，在光通信、夜视成像、数据存储和生物医学检测等领域应用前景广阔。但长期以来，二价锡离子极易发生氧化、锡基钙钛矿结晶过程难调控等材料本身特性，导致器件发光效率与稳定性落后于铅基钙钛矿LED和传统量子点LED，制约其落地应用发展。
为破解这一难题，研究团队系统分析了电场下锡基钙钛矿薄膜的结构变化、锡离子价态变化以及器件发光衰减过程，找到了器件失效的根本原因是载流子注入失衡引发的电化学氧化。当器件通电工作时，内部会堆积过多的导电载流子，再叠加材料本身固有的导电特性，双重因素共同作用导致二价锡发生不可逆转的氧化，进而造成晶体结构改变，发光性能退化，引发器件发光效率骤降。
基于此项发现，研究人员采用晶格掺杂结合表面钝化的协同策略，稳固钙钛矿晶体结构，改善载流子运输并抑制了非辐射跃迁，成功制备出了性能优异的近红外锡基钙钛矿LED。该器件峰值外量子效率达21.2%，工作寿命突破900小时。
该结果表明，近红外锡基钙钛矿LED在保持环境友好优势的同时，光电性能取得了实质性突破，可为光通信、生物医学成像等应用领域提供新型近红外光源。
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