金属卤化物发光材料与器件

卤素钙钛矿因其带隙可调、缺陷容忍度高、荧光量子产率高、可低温加工等优势在高品质平板显示和固态照明中具有广阔的应用前景。钙钛矿材料的发光性质与其结构关系密切,按发光机理分类,可分为自由激子(FE)发光材料和自限域激子(STE)发光材料。FE发光钙钛矿通常具有较弱的电子-声子耦合作用,发光光谱窄,色纯度高,同时其发光光谱可以通过卤素含量调控以及量子限域效应,覆盖整个可见光范围,有望成为新一代的显示技术;STE发光钙钛矿中电子-声子耦合作用较强,激发态的电子会迅速引起晶体结构的变化,晶体势能场的变化及强电-声耦合作用使得STE发光具有大斯托克斯位移和宽光谱的特性,有望实现单一材料的白光发射,避免了传统光源中的光谱漂移及自吸收效应,在固体照明领域具有独特应用优势。

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本课题组自2014年开始卤素钙钛矿发光材料与器件的研究,开发了一系列新型高效的钙钛矿发光材料及器件。面向高质量平板显示应用上,现有高效钙钛矿发光二极管大都是通过一步或多步旋涂法制备而来,难以满足大规模、高可靠的生产制造,且其大量有机溶剂的使用造成较大的环境污染。本课题组基于全真空的工艺开发和高效钙钛矿发光器件的研究,有望直接与现有的OLED产线结合,为未来钙钛矿发光二极管商业化提供一种新的途径;同时课题组探索了钙钛矿图案化制备工艺,期望拓展其在增强现实(AR)/虚拟现实(VR)上的应用。面向固体照明领域,本课题组在国际上首次成功合成新型无毒非铅双钙钛矿(Cs2Na1-xAgxInCl6)荧光材料,理论结合实验研究了其STE发光特性,通过打破跃迁禁阻效应和电子维度调控等手段实现了最高发光效率达86%的单基质白光,且热稳定性及辐照稳定性良好,展现出较好的应用前景。同时,基于STE发光的弱自吸收特性,课题组也开发了一系列STE基闪烁体材料,其X射线最低检测限以及光产额优于目前商用的Lu1.8Y0.2SiO5-Ce(LYSO)产品,有望成为新一代具有竞争力的射线探测技术。

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