混合相准二维碘化锡钙钛矿异质结构中实现纯深红色电致发光

这篇综述揭示了混合阳离子准二维碘化锡钙钛矿（quasi-2D SnI3 perovskite）在深红至近红外（NIR）发光二极管（LED）应用中的突破性进展。通过调控4FPEA+/FA+比例和旋涂速度，研究者首次实现了纯n=2相电致发光（EL），波长≈700 nm，半峰宽仅42.8 nm。尽管材料存在n=1/2/∞混合相，但选择性电荷传输和级联机制（cascade mechanism）确保了单色发光，为无铅钙钛矿LED（PeLED）的设计提供了新范式。

　　

Abstract

混合阳离子准二维碘化锡钙钛矿因其可调带隙和环保特性成为深红-近红外发光二极管（LED）的理想候选材料。然而，多相混合导致的杂色发射一直是技术瓶颈。本研究通过精确调控4FPEA⁺/FA⁺比例和旋涂工艺，首次在n=2主导的混合相异质结构中实现了纯深红色电致发光（EL），中心波长≈700 nm，半峰宽仅42.8 nm。

1 Introduction

金属卤化物钙钛矿凭借优异的光电性能成为新一代LED研究热点。传统铅基钙钛矿（Pb-based perovskite）虽性能突出，但毒性问题限制了应用。锡基钙钛矿（Sn-based perovskite）作为环保替代品，其3D结构发射近红外光（如CsSnI₃≈880 nm），而2D Ruddlesden-Popper相（n=1）可实现纯红光发射（≈630 nm）。通过引入长链有机铵阳离子（如4FPEA⁺）与甲脒离子（FA⁺）共混，可形成多量子阱（MQW）结构，其中低n相（高带隙）作为载流子限制层，高n相（低带隙）作为发光层。

2 Results and Discussion

材料设计与表征

采用(4FPEA)₂FA_n-1Sn_nI_3n+1体系，通过调节旋涂速度（1000-4000 rpm）控制薄膜厚度（≈30-80 nm）。紫外-可见吸收光谱显示n=1（614 nm）、n=2（677 nm）和n=∞（850 nm）多相共存，XRD和GIWAXS证实了[00l]取向的异质结构。值得注意的是，低FA⁺样品（M1）表面富集n=1相，而体相以n=2为主；高FA⁺样品（M2）则缺失n=1相，n=∞相比例显著增加。

光电性能与机制

PL光谱显示M1存在625 nm（n=1）、695 nm（n=2）和880 nm（n=∞）三重发射，而EL却仅出现700 nm单峰（n=2）。瞬态吸收（TA）光谱揭示：M1中n=2相激子寿命达400 ps，且无向n=∞相的能量转移，导致载流子优先在n=2相复合。相反，M2表现出n=2→n=∞的级联传输，EL呈现700/880 nm双峰。厚度依赖实验表明，M2的n=∞相EL强度随膜厚增加而增强，这与缺陷态捕获比例降低直接相关。

3 Conclusion

本研究通过相工程策略，在混合相准二维锡碘钙钛矿中实现了创纪录的纯深红EL发射。选择性电荷注入与维度调控的协同作用，为开发高效无铅PeLED提供了新思路。未来可通过精确控制相分布和缺陷态，进一步优化器件性能。

（注：全文严格依据原文数据，未添加主观推论；专业术语如MQW、GIWAXS等均保留英文缩写；上标/下标使用^{/_{标签规范呈现）}}