材料科学：混合ハロゲン化物ペロブスカイトLEDにおける配位子工学によるバンドギャップ安定性
Nature 591, 7848 doi: 10.1038/s41586-021-03217-8
ハロゲン化鉛ペロブスカイトは、色純度が高く、バンドギャップ調整可能な明るいルミネッセンスを示すため、発光用途に有望な半導体である。1に近いフォトルミネッセンス量子収率が、ペロブスカイトナノ結晶で幅広い発光色領域にわたって達成されていて、外部量子効率が20％を超えるという、市販の有機発光ダイオードの外部量子効率に近い発光ダイオードが、赤外発光チャネルと緑色発光チャネルの両方で実証されている。しかし、よりバンドギャップの狭いヨウ化物に富むドメインが形成されるため、混合ハロゲン化物ペロブスカイトによる高効率で色安定性の高い赤色エレクトロルミネッセンスはまだ実現されていない。今回我々は、混合ハロゲン化物ペロブスカイトナノ結晶を多座配位子で処理することによって、エレクトロルミネッセント動作中のハロゲン化物偏析が抑制されることを報告する。我々は、中心波長が620 nmでエレクトロルミネッセンス外部量子効率が20.3％の、色安定性の高い赤色発光を実証した。我々は、この配位子処理の重要な機能が、鉛原子の除去を通したナノ結晶表面の「清浄化」であることを示す。密度汎関数理論計算から、配位子とナノ結晶表面の結合がヨウ素フレンケル欠陥の形成を抑制し、これによってハロゲン化物の偏析が阻害されることが明らかになった。今回の研究は、金属ハロゲン化物ペロブスカイトの機能性が（ナノ）結晶表面の性質に対して極めて敏感になる仕組みを例示するとともに、表面欠陥の形成と移動を制御する手段を提示している。これらの知見は、発光目的のバンドギャップ安定性の達成に不可欠であり、光起電力技術などバンドギャップ安定性が必要とされる他のオプトエレクトロニクス応用にも広い影響を及ぼす可能性がある。
