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中科院半导体所研究人员:一种可实现高效稳定的蓝色LED的方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-18   来源:材料科学与工程  浏览次数:319
钙钛矿型发光二极管(PeLED)近年来有了长足的发展,在绿色和红色区域的电致发光的外量子效率(EQE)已经超过了20%,但在蓝色区域的效率却远远落后。
 
来自中国科学院半导体所、中国科学院大学等单位的研究人员在PEA2(CsPbBr3)2PbBr4钙钛矿中加入大阳离子CH3CH2NH2+,降低了Pb-Br轨道耦合,增加了蓝光发射的带隙。X-射线衍射和核磁共振结果证实,EA已成功取代Cs+,形成了PEA2(Cs(1-x)EaxPbBr3)2PbBr4。该方法将绿光区域(508 nm)的光致发光调制到蓝光(466 nm),为钙钛矿的全彩显示铺平了道路。相关论文以题目为‘Large cation ethylammonium incorporated perovskite for efficient and spectra stableblue light-emitting diodes’发表在Nature Communications期刊上。
 
论文链接:
 
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17943-6
 
中科院半导体所 1
 
铅卤化物钙钛矿由于其独特的发光特性,显示出很高的显示潜力,近年来钙钛矿型电致发光器件的电致发光研究取得了重大进展。红光和绿光发射的外量子效率(EQE)已经提高到20%11-13,而蓝光发射的效率仍然落后,这是因为在薄膜中很难合成稳定的材料和保持高的量子效率。已经做了几次尝试来实现毛皮的蓝色发射。最简单的方法是将氯加入溴基钙钛矿中以调节带隙,Yip等人最近实现了Br–Cl卤化物混合钙钛矿的5.7%蓝色EQE。然而,这些Br–Cl混合钙钛矿在光照下或电位下都会出现不可避免的相分离,在外加电压下由于卤化物的迁移而导致峰移或多峰。第二种方法是通过掺杂金属离子如Zn2+、Cu2+、Mn2+、Al3+到铅位来调制导带。而金属元素引起的杂质被认为是有利于非辐射复合的关键因素之一。
 
到目前为止,获得蓝色毛皮的有效尝试是通过减少不同大阳离子的维(准2D和0D)钙钛矿来生成量子阱结构。例如,Sargent等人使用较短的异丙胺(IPA)分子来取代长配体苯乙基铵(PEA),并调整准2D钙钛矿结构,具有理想的n含量,在天蓝中的EQE为1.5%。在本文的准备过程中,Jin等人报道了基于量子限制的溴化钙钛矿的高效蓝光发光二极管(LED),通过使用苯基丁基溴化铵作为准2D相结合反溶剂薄膜沉积方法,获得了高达9.5%的峰值EQE。这些策略仍然集中在二维钙钛矿结构中阳离子的改性上。
 
为了获得高效的蓝色钙钛矿器件,以具有高效绿色发射的准二维钙钛矿PEA2(CsPbBr3)n-1PbBr4作为改性的初始组分。准2维PEA2(CsPbBr3)2PbBr4的发射波长为508nm,如图1a所示。选择三维钙钛矿型CsPbBr3作为发射的主核,引入过量CsBr(CsBr:PbBr2=2:1,摩尔比)钝化非辐射缺陷复合。长烷基链苯乙基溴化铵(PEABr)通常被引入钙钛矿中,以在取代外层a位原子时形成2D相,从而限制电荷并增强发射。(文:爱新觉罗星)
 
中科院半导体所 2
图1不同EABr钙钛矿薄膜的特性。
 
中科院半导体所 3
图2 钙钛矿薄膜的晶体结构。
 
中科院半导体所 4
图3不同钙钛矿的晶体结构和电子结构。
 
中科院半导体所 5
图4不同EABr比率的钙钛矿器件的性能。
 
 
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