陈锐课题组在钙钛矿材料的结构自修复及稳定激光输出取得研究进展

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近日，南方科技大学电子与电气工程系教授陈锐研究团队针对深能级缺陷对钙钛矿结构的稳定性，通过原子层沉积技术（ALD）将钙钛矿微晶包裹在致密的Al2O3膜中，发现钙钛矿微晶在高温下分解的可挥发性气体能被保留在这密封的微环境中。有趣的是，在样品的温度冷却过程中，分解的挥发性气体在应力和氢键引力的作用下重新合成，结构发生了重结晶的现象。通过激光光谱学的手段进行表征，发现大部分深能级缺陷（Deep level trap states，DLTS）被有效消除，晶体结构得到修复，发光性质与其激射稳定性得到较大的增强。相关研究成果以“Self-Structural Healing of Encapsulated Perovskite Microcrystals for Improved Optical and Thermal Stability”为题，以封面论文形式在国际著名学术期刊Advanced Materials发表。

       钙钛矿材料具有优异的电学和光学性能，在光电器件领域中具有广泛的应用前景。近十几年来，钙钛矿材料与器件的研究迅速开展，器件的性能也得到了很大的提高。随着研究的深入，人们意识到钙钛矿结构稳定性较差，对其光电器件性能的进一步提高及实际应用上造成了一定的影响。因此，提升钙钛矿基光电器件的性能，先要解决钙钛矿结构稳定性差的问题，其中包覆是最为有效且简单的方式。团队最新的研究发现，钙钛矿结构中深能级缺陷的种类和密度对其结构的稳定性影响较大。团队人员利用致密的Al2O3膜层包裹MAPbBr3微晶，形成一个类真空的微环境。当样品温度高于其升华温度（150℃），材料结构会发生分解形成可挥发的CH3NH2和HBr气体。

图1 钙钛矿微晶在高温-室温转换过程中可实现结构自修复的功能

        由于Al2O3膜层的致密性，分解的气体被有效限制，而当样品温度恢复到室温后，发生了晶体结构的自修复，钙钛矿结构中的大部分深能级缺陷被消除，发光性能得到了增强。实验中研究了样品在强光照射下的稳定性和环境稳定性，并对以此微晶为原型的微型激光器的稳定性做出了研究。发现强光照10h后，经过处理的样品发光强度最大增强了14倍，激光性能稳定性可以维持长达2年。这项研究的开展为提升钙钛矿稳定性和器件性能提供了思路，可以拓展到其他的钙钛矿材料体系中，为推进钙钛矿基光电器件的实际应用做出了贡献。

图2 深能级缺陷示意图及激光稳定性示意图

       论文第一作者为课题组博士后李如雪（已出站，现为广西科技大学电气与信息工程学院副教授），共同第一作者是深圳技术大学新材料与新能源学院副研究员李波波和长春理工大学副研究员方铉。课题组内的研究生时月晴、刘秀也参与了这项工作。这项研究的共同通讯作者为长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室教授魏志鹏。南科大为论文第一单位。
       文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202100466
       封面链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202170161


       文章来源：南方科技大学
        陈锐博士，深圳市海外高层次人才“孔雀计划”（B类）入选者。主要研究兴趣包括激光光谱、材料光学特性研究、光学微腔与微纳激光器等。已在Advanced Materials、Nano Letters、Small、Applied Physics Letters等国际知名杂志上发表论文100多篇，其中封面文章12篇。文章被引用2500多次，h因子30，目前主持与参与科研项目10余项。