回国三年，就获国家杰青资助，实现南工大Nature“零的突破”，最新成果登上Nature Nanotechnology！

他，32岁从剑桥大学物理系卡文迪什实验室研究生毕业并获得博士学位。

他，2016年，提出“自组装多量子阱结构钙钛矿实现高效发光”的学术理论，并成功开发出了具备自主知识产权的高性能多量子阱钙钛矿薄膜，实现了钙钛矿LED外量子效率突破10%的重要突破。这一成果发表于《Nature Photonics》，随后还入选了2016年度“中国高等学校十大科技进展”，成为当年非C9（9校联盟）高校上榜的唯一项目。

他，从2014年回国加入南京工业大学，2017年即被评为国家杰青，入职三年评杰青。

创新不仅源于独辟蹊径，更源于对内在机理的深入探究。

2018年，他领导的课题组的两项钙钛矿LED研究成果正是基于以上两种研究理论而诞生的。他们向低浓度钙钛矿前驱液中引入一种氨基酸添加剂，利用低温溶液法自组装形成了具有亚微米尺度的离散型钙钛矿薄膜。由此形成的独特器件结构毫不影响器件的发射光谱和发光角度，光提取效率提高到30%。器件外量子效率和能量转化效率与市场上的OLED相当，在高亮度条件下甚至优于OLED。该成果实现了南京工业大学在Nature上的“零的突破”，也被当期Nature评论为“钙钛矿LED发展的里程碑”。

他就是新型发光与显示领域的青年领军人才——王建浦，历任南京工业大学先进材料研究院常务副院长（正处级）、柔性电子（未来技术）学院院长等职务。2023年1月任常州大学副校长。他还入选了长江学者特聘教授、江苏省杰出青年基金、江苏省“双创计划”、江苏省特聘教授、江苏省“333高层次人才培养工程”等多个人才计划。

2024年1月12日，南京工业大学王建浦教授、黄维院士和常进副教授在LED研究方面取得新成果，相关工作以“Spin coating epitaxial heterodimensional tin perovskites for light-emitting diodes”为题，发表在Nature Nanotechnology上。研究人员证明了可以使用旋涂工艺制备外延异维Sn钙钛矿薄膜，并且基于这些薄膜可以实现外量子效率为11.6%的高效LED。该薄膜由二维钙钛矿层和三维钙钛矿层组成，其高度有序，并且具有明确的界面，不同维钙钛矿之间的界面面积最小。这种独特的纳米结构是通过将含有色氨酸和SnF2添加剂的钙钛矿前体溶液直接旋涂到氧化铟锡玻璃上而形成的。该方法将为进一步开发基于异维钙钛矿的高性能光电器件提供新的机会。

【旋涂外延结构】

作者展示了一种一步法来制造可扩展的外延异维双层锡钙钛矿薄膜，通过紧凑的双层结构实现有效的辐射衰减。图1a和b显示锡钙钛矿薄膜具有双层结构，其中顶层为单晶状（∼57 nm），底层为含有低原子序数原子的均匀底层（∼18 nm）。高角度环形暗场（HAADF）STEM和相关的能量色散X射线光谱（EDS）观测表明，碳（C）元素富集在底层，而Sn和碘（I）元素富集在顶层（图1c）。实验结果表明锡钙钛矿薄膜具有二维/三维异质双层结构。此外，三维钙钛矿的横向晶界具有与底层类似的元素特征，表明三维钙钛矿晶粒之间存在二维钙钛矿。二维钙钛矿主要位于底部。

图 1. 外延异维双层Sn钙钛矿薄膜的结构特征

【钙钛矿薄膜和LED性能】

作者通过光学测量研究了外延异维锡钙钛矿薄膜的质量（图2）。钙钛矿薄膜具有高达~43%的光致发光量子效率（PLQE）（图2a），在载流子密度为5×1013 cm−3时表现出~52 ns的瞬态PL寿命（图2b）。

图 2. 外延异维双层 Sn 钙钛矿薄膜的通量依赖发射特性

在本文制备的器件中，ITO和钙钛矿之间没有额外的空穴传输层，而是直接使用2D钙钛矿层作为空穴传输层。如图3a所示，2D钙钛矿（n=1）的价带和导带分别约为-4.8和-2.8eV，3D钙钛矿的价带和导带分别约为-4.8和-3.5eV。结果表明，底部2D钙钛矿层可以有效阻挡LED器件中的电子，并且仅对从ITO阳极注入空穴产生0.1 eV的势垒。所制造的LED器件表现出电致发光(EL)光谱，峰值位于~898 nm（图3b），与3D Sn钙钛矿的PL发射一致。图3b还显示，EL光谱在各种偏压下保持不变，表明电荷复合中心始终位于3D层。电流密度-辐射亮度-电压特性表明该器件具有2.0 V的低开启电压和89 Ws r−1m−2的高亮度（图3c），表明有效的载流子注入和辐射复合。在电流密度为14 mA cm−2时，峰值EQE达到11.6%（图3d），这是Sn钙钛矿LED报道的最高效率之一。

图 3. Sn 钙钛矿 LED 的光电特性

【外延异维钙钛矿的形成机制】

为了了解外延异维锡钙钛矿是如何形成的，作者在薄膜的结晶过程中进行了原位吸收和PL测量。对于前驱体溶液中不含 SnF2 和 Trp 添加剂的样品，体系内存在大n钙钛矿量子线的形成（图4a）和持续生长（图4b）。在退火过程中，钙钛矿薄膜保持相似的吸收和PL光谱（图4b），表明2D和3D钙钛矿的结晶在旋涂过程中几乎完成。对于前体溶液中含有SnF2和Trp添加剂的样品，在整个旋涂过程中，成核延迟了约5 s，PL峰从约790 nm单调移动到约870 nm，且PL强度增强（图2）。图 4a表明3D Sn 钙钛矿在此阶段连续成核和生长。 重要的是，在旋涂过程中不存在二维钙钛矿（n = 1 和 n = 2 QW）的吸收和 PL，但在热退火过程中依次出现（图 4b）。 该结果表明SnF2 和 Trp 添加剂可以诱导 3D 和 2D 钙钛矿的分离和逐步结晶。然后作者研究了锡钙钛矿中分离和逐步结晶的起源。SnF2和Trp可以通过分离和逐步结晶过程协同促进高质量2D/3D结构的生长，如图4c所示。

以上结果表明：同时利用SnF2和氨基酸添加剂可以成为制造异维双层Sn钙钛矿薄膜和高效LED的通用策略。

图 4. 了解外延异维双层锡钙钛矿的形成机制

【小结】

外延异质结构在现代光电子学的进步中发挥着关键作用，能够创建缺陷最少的有序界面。然而，传统的外延生长方法需要对晶体组装进行精确控制，这使得扩大大尺寸功能器件的制造规模具有挑战性。该研究结果表明，通过简单的旋涂工艺可以实现高质量、大尺寸外延2D/3D异维钙钛矿，从而产生高效的锡基钙钛矿LED。该方法将为进一步开发基于溶液加工钙钛矿的高性能光电器件提供新的机会。

来源：高分子科学前沿

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