澳门大学应用物理及材料工程研究所与新加坡南洋理工大学物理系及南京工业大学先进材料研究院的科研合作取得重大进展:

攻克用于电致发光的铅基卤化物钙钛矿材料中慢的双分子复合瓶颈

科学成就：在低浓度载流子注入的三维金属卤化物钙钛矿材料中，二阶的慢的自由电子空穴双分子复合很难和一阶的缺陷态捕获相竞争，所以其是进一步提高其电致发光效率的一个基本制约因素。在目前的工作中，通过调控钙钛矿的维度，从三维变成范德华力耦合的多层量子阱结构，我们证明这种新型钙钛矿结构能有效的克服上述电致发光效率中存在的微观载流子动力学瓶颈、但保留钙钛矿类材料的其它优点。在该体系中，通过相邻量子阱之间的量子耦合，注入的电荷能快速高效地从薄量子阱中限域到自掺杂的厚量子阱（无机层厚度大于4个原子层）中，其载流子限域效率大于85%。在厚量子阱中，其一阶的激子型发光能有效的同一阶的缺陷态捕获相竞争，从而能实现在电致发光相对较低的载流子注入浓度条件下具有高的发光效率（光致发光外量子效率接近60%）。

意义和影响：近年来，三维金属卤化物钙钛矿材料在太阳能电池应用领域获得了极大成功；同时，其在半导体激光和发光二极管应用方面也显示了很大潜能。但光致发电和电致发光是两个相反的过程，它们对材料的特性要求也有很大不同。该工作通过飞秒超快光谱研究，从微观载流子动力学机理上阐明理解了这两种应用的不同物性需求。从载流子动力学角度清晰阐明了常规金属卤化物钙钛矿材料运用在发光二极管中存在的发光效率瓶颈。提出如何通过调控钙钛矿的维度来克服这个机理上的瓶颈，从而实现高效率的钙钛矿发光二极管。该研究成果为实现高效低成本的新型钙钛矿发光二极管奠定了理论基础。

相关结果见：