編輯推薦：作者確定了Sn的主要氧化途徑，並在H3PO2的輔助下抑制了這一途徑。這一策略透過其適度的還原效能和其與鈣鈦礦形成的絡合物來防止組成前體的氧化，從而增加了對Sn氧化的能量障礙。另外，在成膜過程中，H3PO2還促進了晶體的生長，提高了成膜質量。

鈣鈦礦型發光二極體目前已接近外量子效率(EQE)的上限，但目前其應用受到鉛依賴和顏色純度不足的限制。來自天津大學、多倫多大學等單位的研究人員引入了Sn取代傳統的Pb元素，並且極大地提高了材料的色純度。2020年，國際委員會要求紅色發射體的座標為(0.708，0.292)，但目前的鈣鈦礦裝置只能達到(0.71，0.28)。在這裡，無鉛發光二極體的顏色座標為(0.706，0.294)，是紅色發光二極體中純度最高的。最後得到的PELED的EQE為0.3%，亮度為70cd m−2；這是已報道的紅光、無鉛PELED中最高的記錄。相關論文以題目為“High Color Purity Lead‐Free Perovskite Light‐Emitting Diodes via Sn Stabilization”發表在Advanced Science期刊上。

論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201903213

近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦作為下一代顯示器的候選材料引起了人們的極大興趣。尤其是鈣鈦礦型發光二極體(PeLED)在綠色、紅色和近紅外發射區具有優異的外量子效率(EQE)和亮度。隨著顯示技術的不斷提高，對顯示器中的發射體的要求也越來越高。

2020標準定義了超高畫質電視(UHDTV)的顯示色域：它要求每個原色紅、綠、藍(RGB)發射器具有精確定義的波長(紅色：630 nm，綠色：532 nm，藍色：467 nm)和窄的發射線寬(<20 nm)。在最先進的液晶顯示器背光中，濾色器之間的串擾降低了RGB基色的顏色純度。LED顯示器不需要濾色器。有機分子在商業LED顯示器中已經取得了成功，但有機發射器的寬線寬(>50 nm)限制了可獲得的色域。開發具有精確的發射輪廓的顯示器發射器是一個活躍的研究領域；下一代發射器，如膠體硫化物量子點(QDs)和金屬鹵化物鈣鈦礦，由於其發射線寬窄，光譜可調，特別令人感興趣。基於Cd的量子點已經顯示出必要的發射線寬度和中心發射頻率，但其商業應用受到鎘的毒性限制。

當應用於鈣鈦礦太陽能電池時，用二價陽離子如錫取代鉛已經取得了成功。然而，錫基鈣鈦礦容易將Sn2+氧化成Sn4+，留下不需要的Sn2+空位，作為非輻射覆閤中心和猝滅發射。作者認為，一旦在PSI中確定了Sn2+的氧化途徑，就可以選擇一種明智的還原劑，在不影響薄膜質量的情況下抑制氧化。我們透過熱重分析(TGA)確定了Sn2+氧化的第一步是生成SnI4。這導致我們加入液體還原劑H3PO2(HPA)，以提供還原條件，並抑制SnI4絡合物的形成。HPA已被報道作為錫鈣鈦礦太陽能電池的新增劑，並在成膜過程中與鈣鈦礦形成中間絡合物：這些中間絡合物阻止SnI4的形成，從而延緩PSi中Sn2+的氧化。此外，與迄今使用的不均勻固體還原劑相比，該絡合物可促進晶體生長並提高薄膜的最終質量。在這裡，研究人員將HPA與2D Sn基鈣鈦礦相結合，以實現紅色無鉛PeLED的創紀錄亮度和EQE。

圖1.PEA2SnI4鈣鈦礦的結構和光學性質。A)晶體示意圖結構。B) PEA2SnI4鈣鈦礦的紫外-可見光譜和熒光光譜。C)歸一化溫度範圍為20~290K的光致發光光譜；d)光致發光峰位置和半高寬與1/T資料的比較。E，f)分別泵浦1微瓦和100微瓦的功率相關的TRPL測量

圖2.HPA新增劑在防止Sn2+氧化中的作用。A)提出了HPA還原Sn4+為Sn2+的機理。高解析度Sn 3d核能級XPS譜b)不加或c)加HPA。

圖3。PSi薄膜的光物理研究。a，b)TA圖。d，e)用650 nm鐳射泵浦鈣鈦礦並新增或不新增HPA的選定時間的TA光譜。c)615 nm處的TA訊號，激發波長為650 nm。F)PL時間衰變軌跡。

圖4.PeLED的器件結構和光電特性。A)能級圖。B)PELED的橫截面掃描電鏡影象。C)器件在不同電壓下的電致發光光譜。D)電流密度(左軸)和亮度(右軸)與驅動電壓的關係。注意，具有H3PO2的器件的最大亮度70cdm−2是在5.8V.e)EQE與電流密度的關係下獲得的。當電流密度為18 mA m−2.f)對應於器件的CIE座標時，獲得了0.3%的峰值EQE。

綜上所述，製備了具有超純和穩定紅光發射的錫基2D鈣鈦礦材料。摻入錫基鈣鈦礦的LED發光中心位於633nm處，半高寬僅為24 nm，CIE座標為(0.706，0.294)。這些CIE座標是所有PeLED中最純紅的。最佳化後的PELED在5.8V下的最大亮度為70cdm−2，EQE為0.3%，是目前報道的紅色無鉛PELED中亮度和效率最高的。（文:愛新覺羅星）