近年來，近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管（NIR Pero-LEDs）因其在效率上的顯著進(jìn)步備受關(guān)注。然而，目前高效率NIR Pero-LEDs的發(fā)光主要局限于第一近紅外窗口（NIR-I，700 nm至900 nm）。

相比之下，第二近紅外窗口（NIR-II，900 nm至1700 nm）由于其不可見發(fā)射、強(qiáng)深層組織穿透力及低散射等優(yōu)勢(shì)，在夜視技術(shù)、生物組織分析、生物識(shí)別及通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，NIR-II Pero-LEDs的發(fā)展受到發(fā)光光譜限制、材料毒性及Sn4+缺陷等問題的制約，導(dǎo)致器件效率低、工作壽命差，成為商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙。

為破解這一難題，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院解鳳賢研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華僑大學(xué)魏展畫研究團(tuán)隊(duì)，提出了創(chuàng)新的“水汽靶向清除Sn4+缺陷”策略。通過水分選擇性水解SnX4并生成Sn(OH)4，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Sn2+的保護(hù)和Sn4+缺陷的有效消除，顯著提升了薄膜質(zhì)量和器件性能。最終，團(tuán)隊(duì)制備的NIR-II Pero-LEDs在945 nm的發(fā)射波長(zhǎng)下，外量子效率達(dá)到7.61%，創(chuàng)造了該領(lǐng)域的新紀(jì)錄。

該研究為高效、穩(wěn)定的無鉛光電器件開發(fā)提供了新思路，并以“Targeted Elimination of Tetravalent-Sn-induced Defects for Enhanced Efficiency and Stability in Lead-Free NIR-Ⅱ Perovskite LEDs”為題，發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Nature Communications》上。

圖1. 靶向消除Sn4+缺陷策略。a,基于前驅(qū)體工程的錫基鈣鈦礦薄膜制備示意圖。b,CsSnI3薄膜在濕氣后處理引起的SnX4水解示意圖。

圖2 圖2.濕氣處理對(duì)鈣鈦礦薄膜的影響。濕氣處理前后CsSnI3-SnCl2薄膜的a, Sn 3d5/2、b, Cl 2p和c, O 1s的XPS光譜。CsSnI3-SnCl2薄膜d, 濕氣處理前和e, 濕氣處理后的SEM圖。標(biāo)尺為2 μm。f,濕氣處理前后CsSnI3-SnCl2薄膜的XRD。

圖3.濕氣處理前后CsSnI3-SnCl2薄膜的光電特性。a,b, 開爾文探針力顯微鏡圖像。標(biāo)尺為1 μm。c, 光致發(fā)光光譜。d,e, 連續(xù)紫外光激發(fā)下的光致發(fā)光光譜。f, ITO/SnO2/鈣鈦礦/SPPO13/B3PYMPM/LiF/Al結(jié)構(gòu)的僅電子器件的暗態(tài)J-V曲線。

圖4.濕氣處理前后CsSnI3-SnCl2 Pero-LEDs器件的性能。a,基于CsSnI3的Pero-LEDs的器件結(jié)構(gòu)示意圖。b,Pero-LEDs的電流密度-電壓-輻照度（J-V-R）曲線和c,外量子效率-電流密度（EQE-J）曲線。d,不同工作電壓下經(jīng)過濕氣處理的Pero-LEDs的電致發(fā)光光譜。e,EQE的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和f,Pero-LEDs的工況壽命測(cè)試結(jié)果。

在該論文中，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院為第一通訊單位，解鳳賢研究員和華僑大學(xué)魏展畫教授、盧建勛博士為論文共同通訊作者，光源與照明工程系在讀博士生關(guān)翔為論文的第一作者。（來源：復(fù)旦大學(xué)）

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