顆粒在線訊：鈣鈦礦材料憑借優(yōu)異的光物理性能（吸收系數(shù)高達105/cm、載流子遷移率高達10 cm2 V?1 s?1、遷移路徑長達10 um、帶隙可調(diào)等）和簡便的溶液操作法（成本低），已成為新一代光電器件的強有力競爭者。為了實現(xiàn)面向市場化和具有實際應(yīng)用情景的高分辨RGB陣列和光檢測器陣列的集成光電器件，精確的微尺度圖案化是先決條件。然而，理想的圖案化方法應(yīng)當(dāng)同時滿足普適性（適應(yīng)各種不同尺寸和表面態(tài)的晶體）、兼容性（與所構(gòu)建集成器件的工作流程完全兼容）以及能夠以高通量方式獲得高分辨率、均勻的圖案，加之鈣鈦礦材料（特別是鈣鈦礦納米晶）容易受溫度、溶劑、化學(xué)環(huán)境等的影響。因此，目前的圖案化技術(shù)（包括電子束/離子束刻蝕、激光直寫、噴墨打印等）需同時滿足高圖案化質(zhì)量、多功能性以及與設(shè)備制造工作流程的兼容性等條件仍存在巨大挑戰(zhàn)。

為解決這一問題，清華大學(xué)李景虹院士、張昊副教授和湖南師范大學(xué)張友玉教授合作創(chuàng)造性地開發(fā)一種使用配體交聯(lián)劑直接光致圖案化鈣鈦礦納米晶（DOPPLCER）的有效方法，避免了配體交換。通過DOPPLCER方法制備的圖案化鈣鈦礦納米晶體薄膜在展示高分辨率、多色圖案化的同時具有與傳統(tǒng)非圖案化薄膜相當(dāng)?shù)墓庵掳l(fā)光、電致發(fā)光和光電導(dǎo)性。此外，將圖案化鈣鈦礦納米晶陣列應(yīng)用于發(fā)光二極管(LED)器件中，其峰值外量子效率（EQE）高達 6.8%，亮度超過 20,000 cd m?2，兩者均是已報道的圖案化鈣鈦礦納米晶體器件中最高值之一。該技術(shù)方法為鈣鈦礦納米材料的系統(tǒng)級集成創(chuàng)造了新的可能性，有望應(yīng)用于集成光電子器件的制備。

DOPPLCER方法、配體與鈣鈦礦納米晶光交聯(lián)的過程展示

圖1. DOPPLCER方法的過程示意圖及其所制備LED器件的光學(xué)照片

DOPPLCER方法是通過雙疊氮化物（氮烯前體）作為光活性添加劑，當(dāng)暴露于紫外線（波長為254或365 nm）照射時，通過共價鍵與相鄰的鈣鈦礦納米晶的天然烷基配體交聯(lián)，避免了配體交換過程。該方法實現(xiàn)了高分辨率、高質(zhì)量的鈣鈦礦納米晶圖案化，并將圖案化鈣鈦礦納米晶陣列應(yīng)用于高效率LED器件。

圖2. DOPPLCER方法中涉及的配體化學(xué)表征

通過紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）分析表明，DOPPLCER過程中仍保持高效率的光解和隨后的C-H插入。DOPPLCER這種高效率圖案化來源于氮烯插入的非特異性性質(zhì)，這種性能將 DOPPLCER方法與基于具有特定可交聯(lián)片段的配體的方法區(qū)分開來。

高分辨、多色鈣鈦礦納米晶圖案化陣列展示

圖3. 通過DOPPLCER方法制備的鈣鈦礦納米晶陣列的光學(xué)照片和形貌表征

圖4. 通過DOPPLCER方法制備的多色鈣鈦礦陣列展示

對于不同尺寸、不同表面化學(xué)能、不同合成方法得到的鈣鈦礦納米晶，DOPPLCER方法均可實現(xiàn)高分辨率的圖案化陣列，并且圖案化的鈣鈦礦納米晶陣列與非圖案化的鈣鈦礦納米晶薄膜具有相同的光學(xué)性能。此外，通過調(diào)控鈣鈦礦納米晶的組分（CsPbBr3，藍色；FAPbBr3，綠色；CsPbI3?xBrx，紅色），可實現(xiàn)多色的鈣鈦礦納米晶陣列。

圖案化鈣鈦礦納米晶器件的光學(xué)性能

圖5. 鈣鈦礦納米晶陣列LED器件的電致發(fā)光性能表征

將DOPPLCER方法制備的鈣鈦礦納米晶（FAPbBr3）陣列應(yīng)用于LED器件中，實現(xiàn)了6.8%的峰值EQE（亮度為2350 cd m?2，在較寬的電流密度范圍內(nèi)比對照器件相比更具有優(yōu)勢）和>20,000 cd m?2的亮度（約是對照器件的2倍，9500 cd m?2），兩者均為已報道的圖案化鈣鈦礦LED的最高值之一，擴展了DOPPLCER方法在集成光電器件中的應(yīng)用。

小結(jié)：相比較其他圖案化方法，DOPPLCER技術(shù)開辟了一條新的途徑以實現(xiàn)高分辨率、高質(zhì)量的鈣鈦礦納米晶圖案化。該方法適用于具有不同尺寸和表面狀態(tài)的各種無機或混合有機/無機鈣鈦礦納米晶，并且支持RGB多色圖案化展示。此外，成功將圖案化的鈣鈦礦納米晶陣列應(yīng)用于高效率的光電器件。該方法在高分辨率顯示器、圖像傳感器和可穿戴設(shè)備等多樣化的系統(tǒng)級集成光電子器件中具有廣泛的應(yīng)用前景。相關(guān)成果以“Direct optical patterning of perovskite nanocrystals with ligand cross-linkers”為題發(fā)表于Science子刊《Science Advances》（DOI: 10.1126/sciadv.abm8433）上。湖南師范大學(xué)博士生劉旦與清華大學(xué)博士后翁康康為共同第一作者，張友玉教授和張昊副教授為通訊作者。