鈣鈦礦材料作為一種可溶液加工的半導體材料，具有出色的光電性能，其潛在的低成本，可大面積制備等優(yōu)勢，掀起了近十年時間的研究熱潮，涉及領(lǐng)域由最初的太陽能電池延展到高能射線探測，發(fā)光二極管，激光器等諸多領(lǐng)域。

在顯示領(lǐng)域，其可溶液加工性保證未來低成本大面積制備的工藝；可見光譜范圍內(nèi)可調(diào)的發(fā)光顏色保證了實現(xiàn)全彩顯示的可能性；對比現(xiàn)有有機發(fā)光二極管的寬發(fā)射光譜，鈣鈦礦僅20nm的窄發(fā)光半峰寬，可以提供更真實的色彩顯示和更寬的色域。

盡管如此，由于3D鈣鈦礦材料低激子結(jié)合能的特性，室溫下電注入的電子空穴輻射復合效率低，在不額外引入電荷限制效應的情況下，由常規(guī)3D鈣鈦礦薄膜制備的鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）通常性能不佳。2D鈣鈦礦材料作為鈣鈦礦家族的一類分支，通過引入大體積胺鹽將不同層數(shù)鈣鈦礦片層分離開，極大的介電常數(shù)差異帶來天然的量子阱效應，使得2D鈣鈦礦通常具有較大的激子結(jié)合能。另一方面，由于電絕緣長鏈胺鹽的引入，使得層間電荷傳輸變得困難，電荷注入/傳輸成為問題。

最近，浙江大學高分子系陳紅征教授的研究團隊聯(lián)合比利時校際微電子研究中心（imec），通過兩步法工藝制備得到高質(zhì)量2D/3D復合鈣鈦礦薄膜，引入的溴丁胺2D鈣鈦礦組分與3D甲脒溴化鉛鈣鈦礦自組裝形成量子阱效應。經(jīng)優(yōu)化2D/3D組分比例，在不顯著犧牲電荷注入的條件下，將電注入的電子、空穴有效束縛于3D鈣鈦礦組分內(nèi)，顯著提高輻射復合效率，實現(xiàn)高效綠色鈣鈦礦二極管電致發(fā)光。得益于3D鈣鈦礦高遷移率的特性，器件可在低偏壓下實現(xiàn)高電荷注入，并在高電流密度（147.7 mA/cm2）下實現(xiàn)7.36%的外量子效率（EQE），半峰寬僅20nm。該兩步法同時被用于另一個大體積胺鹽，4-氟-苯甲胺氫溴酸鹽，在不改變其他參數(shù)的條件下，僅通過替換溴丁胺鹽，器件EQE提高到8.55%，表明該兩步法制備2D/3D鈣鈦礦薄膜工藝具有普適性，為未來器件和材料優(yōu)化提供新選擇。

相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201900465)。該工作由第一作者，浙江大學博士研究生鄢杰林，于比利時校際微電子研究中心（imec）聯(lián)合培養(yǎng)期間完成。比利時校際微電子研究中心研究員裘偉明博士與浙江大學陳紅征教授為共同通訊作者。