近日，课题组在离子掺杂调控空位有序四重钙钛矿发光性能方面取得积极进展，相关成果以“Doping suppresses lattice distortion of vacant quadruple perovskites to activate self-trapped excitons emission”为题发表于《Nano Research》期刊上。郑州大学为第一单位，2021级凝聚态物理硕士研究生陈志鹏为第一作者，通讯作者为史志锋教授和吉慧芳讲师。

金属卤化物钙钛矿材料因制备工艺简单、光电性能优异，近些年引起了国内外研究人员的广泛关注，近期还被选入工信部、国资委联合印发的第一批前沿材料产业化重点发展指导目录。传统铅基钙钛矿材料的稳定性较差，对环境水、氧和热非常敏感，这是限制其未来实际应用的关键。因此，寻找和开发具有优异光电性能和良好稳定性的无铅钙钛矿材料尤为重要。最近，具有空位有序四重钙钛矿结构的A₄VB^ⅡB^Ⅲ₂X₁₂作为非铅钙钛矿家族的一个新体系开始引起大家的关注。以Cs₄CdBi₂Cl₁₂为例，该材料具有直接带隙且稳定性优异，有望在光电器件中得到应用。然而，Cs₄CdBi₂Cl₁₂在室温下仅表现出微弱的橙色宽带发射，荧光量子产率较低。而且目前为止，关于Cs₄CdBi₂Cl₁₂弱橙色发光的相关机制尚未揭示，也缺乏系统的理论来解释这一现象。

基于此，本工作利用异价元素Ag⁺离子对空位有序四重钙钛矿Cs₄CdBi₂Cl₁₂进行掺杂，证实了Ag离子掺杂会代替晶格中的Cd与空位。Ag⁺离子掺杂后显著的增强了Cs₄CdBi₂Cl₁₂的发光性能，光谱学分析证明掺杂前后样品的宽带发射均来源于自陷激子发光。采用变温光谱和DFT计算相结合，研究人员将Cs₄CdBi₂Cl₁₂的弱橙色发光归因于激发态下较大晶格畸变引起的声子散射和能级交叉。Ag⁺离子掺杂打破了Cs₄CdBi₂Cl₁₂的本征晶体场环境，抑制了基态和激发态之间的交叉，减少了能量向非辐射复合中心的转移，从而极大的提升了Cs₄CdBi₂Cl₁₂的发光性能。在0.8%的Ag⁺离子掺杂量下，Cs₄CdBi₂Cl₁₂:Ag⁺的发射强度达到最大值，约为原始样品的8倍。而且，离子掺杂后的Cs₄CdBi₂Cl₁₂在紫外线照射、高温和环境氧气/湿气下仍然保持优异的稳定性。在此基础上，研究人员将Cs₄CdBi₂Cl₁₂:Ag⁺样品与商用荧光粉结合，成功制备了显色指数高达90.6的白光LED器件，且表现出了优异的稳定性。上述研究结果不仅揭示了了Cs₄CdBi₂Cl₁₂的发光机制，还突出了其作为高效发射极的巨大潜力，可与实际应用相兼容。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-023-6131-y

该工作得到了国家自然科学基金、河南省杰出青年科学基金和河南省高校科技创新团队计划的支持。