近日，我院材料物理研究所科研人员探索了一种新的合成方法---合成了一种加入水可以提高发光效率和稳定性的钙钛矿，其浸泡在水中长达一年的时间仍然可以保持良好的发光稳定性，解决了长久以来钙钛矿在水和空气中不稳定的问题，可能为实现稳定高效的钙钛矿提供借鉴。相关成果以“Water-Induced MAPbBr₃@PbBr(OH) with Enhanced Luminescence and Stability”发表在我国物理类知名期刊《Light: Science & Applications》（影响因子：14.00）。论文第一作者是我院青年教师刘凯凯，通讯作者为董林教授和单崇新教授。

近年来，钙钛矿因其良好的光电特性，如发光效率高、发射光谱窄、发射波长可调、载流子扩散长度大等特点，成为极具发展前景的光电材料，在太阳能电池、固态发光二极管、光电探测器和激光等领域都取得了长足的发展。然而，钙钛矿的稳定性差，特别是在水和极性溶剂中荧光猝灭严重，严重阻碍其应用。在该项工作中，研究团队2018年初发现在合成钙钛矿材料过程中引入氨水所形成的钙钛矿遇水之后发光强度大大增加，研究表明反应物遇到水之后形成了MAPbBr₃@PbBr(OH)结构，其量子效率由原来的2.5%提升到71.54%，而且即使在水中浸泡一年后仍然能够保持良好的发光特性。进一步的研究发现，其稳定性提升的原因在于钙钛矿遇到水之后在铵根离子的辅助下逐渐分解然后定向组装成PbBr(OH)包覆MAPbBr₃量子点的结构。PbBr(OH)是一种致密稳定的宽带隙间接带隙晶体，其导带底高于内层MAPbBr₃量子点的导带底，价带顶高于内层量子点的价带顶，因此形成了Type-I型异质结构，有利于载流子在MAPbBr₃量子点中的限制和复合，从而提升了发光效率；致密的PbBr(OH)包覆MAPbBr₃量子点后，一定程度了隔绝了其与空气和水环境的接触，从而提升了钙钛矿的稳定性。利用稳定高效的MAPbBr₃@PbBr(OH)作为下转换层，研究人员实现了高亮的发光二极管。这种方法可适用于甲胺铅溴、甲脒铅溴、铯铅溴等钙钛矿材料体系。该方法为制备稳定高效的钙钛矿荧光材料提供了新思路，有望推动其走向应用的步伐。

该项工作得到国家自然科学基金（11904326, 51602288, U1604263 and 11804307）以及河南省科技攻关项目(171100210600)，中国博士后科研基金项目(2019TQ0287、2019M662510)的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41377-020-0283-2