前言

钙钛矿材料作为一类新型的半导体材料,近年来发展十分迅速。钙钛矿( perovs-kite)以俄罗斯地质学家列夫·佩罗夫斯基( Lev Perovski)的名字命名,是一类具有钛酸钙晶体结构( ABO3 )的物质的统称。不同于传统的氧化物钙钛矿材料,本书涉及的是有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料,其一般结构通式为ABX3 ,其中A通常为一价有机或无机阳离子,例如甲胺离子、甲脒离子和铯离子;B为金属阳离子,例如铅离子、锡离子等;X为卤素阴离子。该材料具有优异的光学性质,例如通过改变卤素的种类可以实现发光波长覆盖可见光-近红外波段,通过改变A位离子的种类可以对钙钛矿结构进行维度调控,色纯度高使得发光色域广,缺陷态密度低使得发光效率高,以及可低温溶液制备从而可柔性、大面积制备等,在照明显示领域具有广阔的发展前景。

钙钛矿发光器件的制备与有机发光二极管的制备有异曲同工之处。基于传统的“三明治”器件结构,钙钛矿发光二极管自2014 年首次被报道以来,其效率从不足0. 1% 到如今的超过20%仅用了短短几年时间。其优异的光学性能可以满足现代社会对于更清晰、色饱和度更高及更轻便的显示与照明需求,有望成为下一代发光显示技术的有力竞争者,在未来显示与照明产业占有重要地位。

本书旨在深入理解钙钛矿材料,内容涵盖了钙钛矿材料的结构性质、钙钛矿材料的合成以及薄膜与器件的制备工艺,共十一章。第一章介绍了金属卤化物钙钛矿材料的结构特征及其物理性质;第二章罗列了钙钛矿材料的合成与制备方法,如量子点合成、纳米晶合成、薄膜制备以及发光器件制备等;第三章至第六章介绍了近些年基于钙钛矿材料的单色发光二极管的研究现状,包括近红外钙钛矿、红光钙钛矿、绿光钙钛矿和蓝光钙钛矿发光材料的合成与器件的制备方法,罗列了相应的器件性能研究成果,如外量子效率、发光亮度和器件寿命等;第七章介绍了金属离子掺杂对于钙钛矿材料性质及其器件性能的影响,包括A位离子、B位离子掺杂产生的影响等;第八章概述了几类非铅金属卤化物钙钛矿及其衍生材料,例如锡、锑、铋、铜代铅的金属卤化物以及双元金属卤化物材料与其相应的器件研究进展;第九章介绍了一些制备白光钙钛矿材料及器件的研究,包括多种单色钙钛矿叠加、维度调控发光性能以及离子掺杂实现白光发光等;第十章简介了钙钛矿发光器件中用到的电荷传输材料种类,主要为电子传输材料和空穴传输材料;第十一章罗列了各类钙钛矿发光器件的工作稳定性,例如在恒定电流或电压下工作的寿命。

本书基于著者在钙钛矿发光器件领域所取得的一系列研究成果。编撰期间汇总了一些国内外在该领域取得的重大研究成果和最新研究进展,引用了相关参考文献中的图片、表格和数据,在此向文献的作者们表示诚挚的感谢。同时,也要感谢著者课题组博士后陈红,研究员尹勇明博士、贺耀武博士,博士后姚露,博士研究生张鑫康、李鸿阳,硕士研究生陈经伟、杨标、徐金浩、薛网娟、蔡金桥、吴李杰、吴雨亭、王胧佩、王涛,助理张非及其他科研人员对书稿的形成与定稿所做出的贡献。最后,感谢北京大学出版社以及编辑郑月娥、赵旻枫、王斯宇给予本书出版的大力支持。

本书致力于反映目前钙钛矿材料发光二极管的最新研究成果和发展趋势,希望能有助于研究生、本科生在知识储备和实验技能方面的提升,同时希望能对于钙钛矿发光材料以及器件领域有指导意义,成为一本在钙钛矿发光方面有参考价值的图书。

由于著者水平有限,书中难免会存在一些缺点,敬请广大读者批评指正。

著 者

2022年7月

于北京大学深圳研究生院