助力科研 | 理化中心电镜影像平台助力“弱空间限域”策略实现超稳定钙钛矿LED
钙钛矿是一种性能优越的新型材料，具有因发光效率高、成本低廉和制作灵活的优点，，在光电器件领域极具潜力，但稳定性不足是其产业化应用的重大挑战太阳能电池、LED和探测器中应用前景广泛。近日，中科大中国科学技术大学肖正国教授带领的研究团队在提高钙钛矿发光二极管（LED）寿命方面取得了重要进展大突破。！团队创新性地他们提出 了一种被称作“弱空间限域”的新方法策略，成功制备出了晶体颗粒更大、更耐高温高稳定性的全无机钙钛矿薄膜，成功将所研制的LED器件亮度提高到突破116万尼特以上，理论使用寿命超过18万小时。在这项研究中研究团队采用球差透射电镜对不同类型的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸、晶体结构进行了深入分析。相关成果以“Weakly space-confined all-inorganic perovskites for light-emitting diodes”为题，发表在《Nature》期刊上，该研究的部分表征工作中的扫描电镜以及球差透射电镜的相关表征工作由中国科学技术大学理化科学实验中心电镜平台完成。
在钙钛矿薄膜的球差透射电镜表征中，面临着双重技术挑战：一方面，钙钛矿薄膜的TEM样品制备困难，无法采用普通载网或FIB的方式制样；另一方面，钙钛矿样品在电子束辐照下呈现显著的不稳定性，这些因素严重制约了钙钛矿薄膜的球差透射电镜表征。针对这些瓶颈，理化中心电镜组平台针对钙钛矿薄膜样品的透射电镜制样以及球差透射电镜成像条件进行了探讨研究，在样品制备环节，推荐研究团队采用氮化硅窗口芯片作为基底，通过旋涂工艺实现钙钛矿薄膜的均匀铺展与机械稳定化，成功解决了钙钛矿薄膜的TEM制样难题；在成像策略方面，通过降低电子束剂量与快速成像模式，在实现亚埃级空间分辨率的同时降低了电子束对样品的的辐射损伤。
理化中心电镜平台扫描电镜组针对在钙钛矿材料电子辐射不稳定等难点高难度表征方面积累了丰富的经验，探索出一系列套行之有效的表征应对电子束敏感材料的方法，。近年来，平台已支撑服务了多个课题组在高效稳定的钙钛矿单晶LED（Nat. Photonics 2023,17:401–407），大面积、高效率的天蓝光钙钛矿LED（Adv.Mater.2022, 34, 2108939），钙钛矿LED器件效率极限的突破（Adv.Mater.2022, 34, 2207180）等钙钛矿系列研究成果，部分研究成果成功入选“科创中国科研仪器设备案例库”。
供稿：电镜平台
编辑：高关胤、周俊
审核：赵智、王雨松