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      溶液处理金属卤化物钙钛矿因其优异的光电性能、良好的柔韧性和潜在的低成本而在信息显示、照明和能源生产领域受到了极大的关注。近年来，已经报道了外量子效率（EQE）超过20%的高效钙钛矿发光二极管（LED）。然而，这些成就是在卤化铅钙钛矿的基础上取得的，但是铅的毒性问题已经引起了广泛的关注。锡基钙钛矿由于其环境安全性和在各种无铅钙钛矿中良好的光电性能而显示出巨大的潜力。然而，Sn基钙钛矿LED的性能仍然远低于Pb基。这主要是由于Sn基钙钛矿的快速结晶过程导致了高密度缺陷的存在，它们起到了发光猝灭剂的作用。尽管已经报道了各种策略，包括添加剂、低维结构和溶剂工程来改善Sn基钙钛矿的结晶，但如何有效避免缺陷的形成仍然不清楚，并且最高的光致发光量子效率（PLQE）仅为~15%。到目前为止，实现高效的Sn基钙钛矿LED仍然是一个重大挑战，其EQE记录略高于5%。锡基钙钛矿中存在高密度缺陷，实现高效率器件仍然是一个重大挑战。Sn基钙钛矿中缺陷的形成没有得到很好的理解。近期，黄维院士、王建浦教授团队通过在膜形成过程中进行原位光致发光（PL）测量，揭示了Sn基钙钛矿中的主要缺陷在初始生长过程中团簇的快速聚集过程中形成（ 从旋涂过程~15 s开始的），并且~80%的发光强度在6 s。作者进一步发现，在前体溶液中与碘化锡（II）形成强化学相互作用的添加剂可以有效地防止团簇的快速聚集，并避免发光猝灭剂的形成。利用这种方法，实现了有效的近红外无铅钙钛矿发光二极管的外量子效率为8.3%。相关成果以Additive treatment yields high-performance lead-free perovskite light-emitting diodes为题发表在国际顶级期刊Nature Photonics《自然-光子学》上。
研究亮点：

通过使用原位光谱，揭示了Sn基钙钛矿中的主要缺陷在初始生长过程中团簇的快速聚集（旋涂的15 s开始）；

通过引入添加剂与前体溶液中的碘化锡（II）（SnI2）形成强相互作用，可以有效抑制钙钛矿簇在初始结晶过程中的快速聚集；

通过顺序热退火粗化过程促进高质量Sn基钙钛矿的形成，基于这一策略，获得了EQE~8.3%的高效Sn基钙钛矿LED。

      该工作证明Sn基钙钛矿的低效率是由于在初始生长过程中晶粒快速聚集，这导致了高密度的缺陷以至于严重的发光猝灭。包含与SnI2形成强化学相互作用的大型有机添加剂可以通过抑制聚集过程有效地克服这一问题。基于这种方法，可以实现峰值EQE为8.3%的高效Sn基钙钛矿LED。该研究发现为开发高质量的Sn基钙钛矿光电子提供了指导。

图1. Sn基钙钛矿在旋涂过程中的原位PL测量

图2. 含各种添加剂的锡基钙钛矿的表征

图3. 不含添加剂或含PEAI–VmB1的FA_0.9Cs_0.1SnI₃钙钛矿的生长途径示意图

 

图4. 具有PEAI和0.15比例VmB1的 FA_0.9Cs_0.1SnI₃钙钛矿LED的特性

（来源：柔性电子科学进展，转载请注明出处）