เมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน ทีมงานของ Professor Wei Zhanhua จาก Institute of Luminescent Materials and Information Display ของมหาวิทยาลัย Huaqiao และ School of Materials Science and Engineering และทีม Professor Edward H. Sargent จากภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัย ของโตรอนโตร่วมกันตีพิมพ์สิ่งพิมพ์ออนไลน์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติด้านการวิจัย Nature Research paper การควบคุมการกระจายช่วยให้ไฟ LED perovskite ที่มีมิติลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ งานนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในด้านประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ LED ของ perovskite ผ่านการขจัดข้อบกพร่องและการควบคุมมิติศูนย์ที่ส่องสว่าง และคาดว่าจะนำไปใช้กับจอแสดงผลและช่องแสงใหม่ในอนาคต
ธรรมชาติเป็นหนึ่งในวารสารวิชาการที่ทรงอิทธิพลที่สุดในโลก อุทิศให้กับการรายงานและแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่สุดในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ระดับโลก เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าในปี 2018 มหาวิทยาลัย Huaqiao ได้ตีพิมพ์ฉบับดั้งเดิมของ Nature เป็นหน่วยสื่อสารเป็นครั้งแรก สามปีต่อมา มหาวิทยาลัย Huaqiao ได้เผยแพร่เอกสารอย่างเป็นทางการของ Nature' เป็นหน่วยสื่อสารอีกครั้ง แสดงว่าระดับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของโรงเรียน' ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และเข้าสู่ช่องทางที่รวดเร็ว ของการพัฒนาสุขภาพ
เมทัลเฮไลด์เพอรอฟสเกตมีคุณสมบัติออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีเยี่ยม เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ของฟันกรามสูง ระยะการเคลื่อนตัวของพาหะที่ยาว ช่องว่างแถบที่ปรับได้ และความทนทานต่อข้อบกพร่องสูง พวกเขามีแนวโน้มในการใช้งานในวงกว้างในเซลล์แสงอาทิตย์และไดโอดเปล่งแสง ตามความแตกต่างในโครงสร้างผลึกด้วยกล้องจุลทรรศน์ โลหะเฮไลด์ perovskites สามารถแบ่งออกเป็นศูนย์มิติ มิติต่ำ และสามมิติ ในหมู่พวกเขา วัสดุ perovskite มิติต่ำมีผลกักขังควอนตัม มี exciton ขนาดใหญ่จับพลังงาน ไม่ง่ายที่จะสร้างการรวมตัวที่ไม่ใช่รังสี และมีประสิทธิภาพการส่องสว่างสูง
อย่างไรก็ตาม เพื่อพัฒนาวัสดุโลหะเฮไลด์เพอรอฟสไคต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีเสถียรภาพต่ำสำหรับอุปกรณ์เปล่งแสง ยังคงมีความท้าทายที่สำคัญสองประการ: ประการแรก การดำรงอยู่ของสถานะข้อบกพร่องจะทำให้เกิดการก่อตัวของศูนย์รวมตัวใหม่ที่ไม่ใช่การแผ่รังสี ชั้นนำ เพื่อการอพยพของไอออน เอื้อต่อประสิทธิภาพการส่องสว่างและความเสถียรของอุปกรณ์ ประการที่สองคือการก่อตัวของหลุมควอนตัมไฮบริดแบบหลายเฟสซึ่งจะทำให้การถ่ายโอนพลังงานจากหลุมควอนตัมช่องว่างวงกว้างไปยังควอนตัมช่องว่างวงแคบได้ดีภายใต้แสงและการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าส่งผลให้เกิดการกระจายตัวซึ่งไม่เอื้อต่อการปล่อยแสง ของอุปกรณ์ ประสิทธิภาพ ความบริสุทธิ์ของสี
รูปที่ 1 แผนผังของกระบวนการสร้างฟิล์มของฟิล์มบางเรืองแสง perovskite สามชนิด โดยที่ PEA แทนเกลือ phenethylammonium TPPO แทน triphenylphosphine ออกไซด์ และ TFPPO แทน tris (4-ฟลูออโรฟีนิล)ฟอสฟีนออกไซด์
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ LED perovskite ขนาดต่ำทีม Edward H. Sargent ของ University of Toronto และทีม Wei Zhanhua ของมหาวิทยาลัย Huaqiao ได้ร่วมกันเสนอกลยุทธ์การควบคุมความกว้างของพื้นผิวโลหะเฮไลด์ perovskite ทู่มิติต่ำ ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 1 ระหว่างกระบวนการตกผลึกที่เริ่มต้นโดยสารต้านตัวทำละลาย ไอออน [PbBr6]4-, MA{{7}} และ Cs{{8}} จะก่อตัวเป็นเกล็ดสารตั้งต้นของ perovskite และจากนั้น PEA{{9} } ไอออนบวกอินทรีย์มีปฏิกิริยากับสะเก็ดสารตั้งต้นเพื่อสร้างฟิล์มเรืองแสงเพอรอฟสไคต์ที่มีมิติต่ำ ในกลุ่มอ้างอิง ความผิดปกติและการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วของไอออนบวกของกฟภ.{{11}} นำไปสู่การสร้างศูนย์ข้อบกพร่องและโครงสร้างหลุมควอนตัมแบบสุ่มมิติ ในกลุ่มทดลอง พันธะ P=O ในโมเลกุล TPPO และ TFPPO สามารถโต้ตอบกับเกล็ดสารตั้งต้นของ perovskite P=O:Pb2{{14}} ซึ่งควบคุมกระบวนการตกผลึกอย่างมีประสิทธิภาพและลดการสร้างศูนย์ข้อบกพร่อง นอกจากนี้ กลุ่ม F ที่มีอยู่มากมายใน TFPPO สามารถโต้ตอบกับไอออนบวกอินทรีย์ของ PEA+ เพื่อชะลอการปลดปล่อยวัตถุดิบและชะลอการเติบโตของผลึก และสุดท้ายสร้างฟิล์มเรืองแสง perovskite คุณภาพสูงที่มีขนาดสม่ำเสมอ
รูปที่ 2 (a) แผนผังโครงสร้างของอุปกรณ์ LED perovskite แผนภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบตัดขวางและแผนผังแผนผังของโครงสร้างระดับพลังงาน (b) เส้นโค้งแรงดันกระแส เส้นโค้งความสว่าง-แรงดัน และประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกที่สอดคล้องกับอุปกรณ์ LED perovskite สามตัว - เส้นโค้งความสว่าง (c) การกระจายทางสถิติของประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกของอุปกรณ์ LED perovskite สามตัว (d) เส้นโค้งแรงดันกระแสของอุปกรณ์สามอิเล็กตรอนเดี่ยวและรูเดียวของ perovskite; (e) ขึ้นอยู่กับการประมวลผล TFPPO เส้นโค้งอายุการใช้งานของอุปกรณ์ LED perovskite
ดังที่แสดงในรูปที่ 2 ฟิล์มนี้มีสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่สม่ำเสมอและหนาแน่น โดยมีความยาวคลื่นการปล่อย 517 นาโนเมตร ครึ่งความกว้างเพียง 20 นาโนเมตร และประสิทธิภาพการเรืองแสงด้วยแสงใกล้ 100% อุปกรณ์ LED สีเขียวที่เตรียมไว้มีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก 25.6% และอายุการใช้งาน 2 ชั่วโมงที่ความสว่าง 7,200 cd m-2 ซึ่งสูงกว่าอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกันในปัจจุบันมาก
ศาสตราจารย์ Wei Zhanhua กล่าวว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประสิทธิภาพของอุปกรณ์และอายุการใช้งานของไฟ LED แบบ perovskite ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่ก็ยังมีหนทางอีกยาวไกล ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากขึ้นจำเป็นต้องทำงานร่วมกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพเอาต์พุตในสภาวะคงที่ การทำซ้ำอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูง และประสิทธิภาพเอาต์พุตสเปกตรัมหลากสีของอุปกรณ์
ในรายงานฉบับนี้ ดร.หม่า ตงซิน นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยโตรอนโต เป็นผู้เขียนคนแรก เธอได้ทำการวิจัยเยี่ยมชมหนึ่งปีที่มหาวิทยาลัย Huaqiao; Dr. Kebin Lin จากมหาวิทยาลัย Huaqiao เป็นผู้เขียนคนที่สองและมีส่วนสำคัญในการทำงานนี้ด้วย ศาสตราจารย์ Edward H. Sargent และศาสตราจารย์ Wei Zhanhua เป็นผู้เขียนที่เกี่ยวข้องกัน งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างมากจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน มูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของมณฑลฝูเจี้ยน และกองทุนวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยหัวเฉียว (
