近日，微电子学院麦耀华教授团队在国际权威期刊Advanced Functional Materials (IF=18.808）上发表题为“Vacuum-Assisted Preparation of High-Quality Quasi-2D Perovskite Thin Films for Large-Area Light-Emitting Diodes”的研究论文。博士研究生陈超然为第一作者。麦耀华教授和郭飞教授为通讯作者，暨南大学为第一通信单位，合作单位包括浙江大学、南方科技大学和郑州大学。

       可溶液加工的金属卤化物钙钛矿发光二极管（PeLED）的外量子效率已经超过20%，是一种极具应用前景的新型电致发光器件。然而，目前高效率器件的钙钛矿发光层基本使用旋涂法结合反溶剂结晶工艺沉积，制备的器件的有效发光面积一般在10 mm2左右。为了推动钙钛矿发光二极管在大面积照明和显示中的应用，亟需开发基于涂布印刷制备高质量钙钛矿发光薄膜的结晶工艺。

       使用涂布印刷制备钙钛矿发光薄膜的主要挑战来自于如何调控富含溶剂的钙钛矿湿膜的结晶过程，从而生成高度致密、结晶性好、光致发光效率高的钙钛矿薄膜。鉴于此，暨南大学麦耀华团队报道了一种简单可靠的基于真空辅助结晶的钙钛矿薄膜制备工艺：首先通过刮涂法沉积一层钙钛矿前驱体湿膜，进而将钙钛矿湿膜在室温下进行真空溶剂淬灭，形成中间相；最后经过退火得到致密且结晶性好的钙钛矿发光薄膜（图1a）。基于真空辅助结晶工艺可以将前驱体湿膜沉积和热退火进行有效分离，从而实现结晶动力学可控，避免了严重的相分离以及微观孔洞的形成（图1b-1e）。

图1.（a）真空辅助结晶工艺制备(PEA)2Csn-1PbnBr3n+1薄膜的示意图；（b-e）不同结晶工艺的(PEA)2Csn-1PbnBr3n+1薄膜的SEM图：（b）对前驱体湿膜直接退火，（c）室温下溶剂蒸发完再退火，（d）仅真空处理，（e）真空处理后再退火；SEM图像中的比例尺为500 nm。

       在准二维钙钛矿薄膜中，不同层数的低维相和三维钙钛矿的组成对载流子在薄膜中的传输至关重要。因此，作者通过调节间隔阳离子PEABr的用量来调控低维相和三维钙钛矿的相对比例。如图2a-c所示，添加较低摩尔比例的PEABr的薄膜中主要形成三维钙钛矿，而过量的PEABr制备的薄膜则主要由较小层数的准二维钙钛矿组成。相比之下，适量（40%）的PEABr则生成了相对均衡的不同n值的低维相和三维钙钛矿，实现了载流子在不同相之间的快速转移（图2d-f）。最终，基于40%PEABr钙钛矿薄膜制备的PeLED器件实现了8.24%（0.12 cm2）和6.12%（1 cm2）的外量子效率（图3a，b）。

图2.（a）20%、（b）40%、（c）60% PEABr比例的(PEA)2Csn-1PbnBr3n+1薄膜的瞬态吸收光谱，及其能量转移过程。

       此外，为了验证大面积制备的均匀性，作者同时使用旋涂法制备了钙钛矿薄膜，通过PL成像研究发现基于真空辅助结晶的刮涂法制备的钙钛矿薄膜具有更好的均匀性（图4c，d）。最后，基于涂布印刷制备了有效发光面积为3.5×3.5 cm2的PeLED器件，进一步证明了该结晶工艺在大面积发光二极管制备领域的潜在实用性。

图3.（a）小面积（0.12 cm2）器件的EQE曲线图；（b）1 cm2钙钛矿发光器件的J-V-L曲线图；基于旋涂法（c）和真空辅助结晶的刮涂法（d）制备的大面积（5×5 cm2）钙钛矿薄膜的PL成像；（e）发光面积为3.5×3.5 cm2 的钙钛矿发光器件的照片。

       该工作得到国家自然科学基金(61705090和62004089)、广东省自然科学基金(2020A1515010853)、中央高校基本科研业务费专项资金(21620441)以及深圳市孔雀团队项目资助（KQTD2015033110182370）。

论文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107644