为了提高钙钛矿作为光电子器件光源的效率，来自美国马里兰大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员将卤化铅钙钛矿纳米晶体与纳米光子空腔进行了耦合。研究团队将钙钛矿纳米晶体放到甲苯溶液中，然后一起投放在氮化硅（SiN）空腔中。然后他们用脉冲激光激发该器件，使钙钛矿纳米晶体发射光子。
图为原理示意图
在室温条件下的生命周期测量结果表明，相比于安置在普通平面上的钙钛矿纳米晶体，投放在纳米空腔中的钙钛矿纳米晶体的自发发射率提高了2.9，这意味着在纳米空腔内的光子发射效率提高了近三倍。
目前在构造外延材料过程中，被广泛使用的工艺是在已有的衬底上生长晶体覆盖层，但是利用溶液制造胶质量子发射体的工艺与之完全不同。根据研究人员介绍，在不同种类的晶圆上使用溶剂直接沉积胶质纳米晶更加容易实现。
试图用外延材料发光的光电子器件一般无法有效地覆盖可见光谱段，尤其是在蓝绿波段很容易出现问题。然而，该研究团队研制的这种耦合器件展示了以波长为510纳米的绿色波段为中心的发射特性。
研究人员Zhili Yang说：“这种方法所面临的一个巨大的挑战是，你必须找到最优的腔体表面晶体浓度（密度）。它的密度不能太大，否则会对腔体造成不利影响，并使得最终的器件性能不达标。”
以往光电子器件中使用的外延材料一般需要复杂的生长工序来进行合成。研究人员相信，可溶解加工的三卤化铅钙钛矿半导体可以替代外延材料的使用。钙钛矿的斯托克斯位移小，电荷载流子迁移率高，吸收系数大。根据研究人员介绍，这些特征使其可以用于制造高性能的光伏器件、发光二极管以及激光器光源。除了光伏器件之外，钙钛矿还可以在光电子应用中作为高效发射器以及增益材料。
Yang说，“我们的工作表明，使用光子空腔提高胶质钙钛矿纳米晶的自发发射效率是可行的。我们的研究结果为低能耗、小尺寸、紧凑片上光源的制造提供了一种新的途径。”
“Spontaneous emission enhancement of colloidal perovskite nanocrystals by a photonic crystal cavity”Zhili Yang, Matthew Pelton, Maryna, Bodnarchuk, Maksym V. Kovalenko, and Edo Waks. Appl. Phys. Lett. 111, 221104（2017）. doi: 10.1063/1.5000248
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