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苏州大学研究人员:一种用辛胺溶液获得高效稳定的绿色钙钛矿发光二极管的方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-10   来源:材料科学与工程  浏览次数:195
金属卤化物基钙钛矿型纳米晶作为一种很有前途的发光二极管材料,由于其高效的电荷传输特性、高的色纯度和可调谐的禁带宽度,近年来引起了人们的广泛关注。然而,卤化物基钙钛矿的稳定性差,表面粗糙度高,阻碍了其在照明和显示领域的广泛应用。
 
来自苏州大学等单位的研究人员报道了一种用辛胺溶液处理钙钛矿薄膜表面,获得高效稳定的绿色钙钛矿发光二极管的方法。通过对钙钛矿薄膜的形貌和配体管理的的光电性能的分析,证实了该薄膜的发光效率、色纯度和发光器件的稳定性得到了提高。通过表面配体管理,绿色CsPbBr3钙钛矿的EQE由7.0%提高到11.1%。相关论文以题目为“Surfacial ligand management of a perovskite film for efficient and stable light-emitting diodes”发表在Journal of Materials Chemistry C期刊上。
 
论文链接:
 
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/tc/c9tc05037j
 
材料 1
 
钙钛矿材料具有理想的电荷输运能力、颜色可调性、高的光致发光量子产率(PLQY)和优异的颜色纯度,已引起人们的广泛关注。近年来,发光二极管(LED)在下一代显示和照明领域显示出巨大的应用潜力。然而,必须认识到钙钛矿薄膜的低劣化学性质和潜在降低的发光效率仍然需要解决。根据已知的知识,晶界和薄膜表面对结构的稳定性和辐射复合是不利的。配体分子被认为是钝化晶界的重要手段,并被用于制备尺寸较大的钙钛矿型纳米晶。然而,钙钛矿型纳米晶的常规制备过程仍然受到非理想配体控制的致命影响,导致聚集膜形成或膜导电性差。
 
此外,尽管开发了使用带有短氨基配体的原位钙钛矿薄膜的高效LED,但其始终面临着不均匀的组成,特别是沿着垂直分布,其中在薄膜表面形成欠配的钙钛矿晶粒作为非辐射复合中心。在这方面,迫切需要微妙的配体控制来形成高发光钙钛矿薄膜和具有理想操作稳定性的高效器件。
 
本研究建立了表面配体管理(SLM)策略,即用辛胺配体处理沉积的PLQY较差的钙钛矿薄膜。证明了经过表面处理后,钙钛矿薄膜表面和烷基胺配体(辛胺)之间发生了配体置换。值得注意的是,PLQY从28.6%提高到59.6%表明钙钛矿薄膜中增强的辐射复合具有显著的效果,这也得益于辅助缺陷,使用SLM方法抑制了非辐射复合损耗。在优化的情况下,器件的工作寿命大大延长。(文:爱新觉罗星)
 
材料 2
图1(a)研究了纯辛胺、纯钙钛矿和SLM基钙钛矿薄膜的红外光谱。(b) 紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,(c)原始钙钛矿和SLM基钙钛矿薄膜的XRD谱和PLQY谱。
 
材料 3
图2原始钙钛矿薄膜的AFM图像(a)以及0.5uL ml-1处理的钙钛矿薄膜(b)。(c–f)KPFM原始钙钛矿薄膜(c)和经表面处理的钙钛矿薄膜的图像0.2 uL ml-1(d),1 uL ml-1(e)和10 uL ml-1(f)辛胺。
 
材料 4
图3(a)原始钙钛矿薄膜和SLM基钙钛矿薄膜的PL寿命。(b)原始钙钛矿薄膜和SLM基钙钛矿薄膜的非辐射复合速率。(c) 在80~280k温度范围内测量了SLM基钙钛矿薄膜的光致发光谱,并对温度相关光致发光强度进行了积分。
 
材料 5
图4(a)原始钙钛矿和SLM基钙钛矿的J–V–L曲线、(b)CE–J曲线、(c)PE–J曲线和(d)EL光谱。(e)在5 mA cm -2的恒电流密度下,基于SLM的钙钛矿的工作寿命(f) 研究了SLM基PeLED在不同外加电压下的电致发光谱。
 
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