山形大学《AOM》：证明了配体交换和钝化层能够提高LED效率

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adom.202000289

近年来，金属卤化物钙钛矿由于其独特的光电特性，包括高的光致发光量子产率(PLQY)和具有窄全宽半高宽(FWHM)的高颜色纯度，被认为是开发下一代发光器件(LED)的理想材料。金属卤化物钙钛矿的通式为ABX3(A=烷基胺，Cs，B=Pb，Sn，X=Cl，Br，I)，具有广泛的组成和结构维度，如多晶3D块体、准2D、和纳米晶(NCS)结构。钙钛矿的卤化物阴离子组成可以很容易地控制紫外和近红外区之间的光学带隙和发射波长。

基于绿色、红色和近红外钙钛矿结构的LED已经显著提高了20%以上的外量子效率(EQE)。然而，发射波长在450-490 nm之间的蓝到天蓝色钙钛矿型LED还需要进一步的研究来提高它们的性能。传统的蓝色钙钛矿由混合卤化物(Cl/Br)组成，蓝色区域的发射颜色可以通过改变卤化物阴离子的混合比例来调节。天蓝色LED用3D体钙钛矿型发光材料的发光亮度超过3000cdm2，电致发光峰值波长为475 nm EQE为1.7%。

用于改善LED性能的另一种策略涉及使用没有混合卤化物组合物的准2D钙钛矿，如蓝色钙钛矿LED所展示的那样，以防止在外加电场下的阴离子分离。由苯乙基铵和异丙基铵组成的准2D钙钛矿薄膜的PLQY高达80%以上，在477 nm处有天蓝色发射。它们的准2D钙钛矿型发光二极管的亮度为2480 cd m2，等量子效率为1.5%，天蓝色发射波长为490 nm。基于苯乙基溴化铵的准2D钙钛矿型发光二极管在发射波长480 nm EQE达到5.7%，最大亮度3780 cdm2。

最近报道了EQE分别为9.5%和11%的高效天蓝色准2D钙钛矿型LED。钙钛矿型纳米晶的发射波长不仅与纳米晶的化学组成有关，而且与纳米晶的粒径有关，即量子尺寸效应。CsPb（Cl/Br）3 NCs还通过表面钝化、混合溶剂的形貌控制、与较短烷基氯化铵的配体交换、LED的能级排列、钙钛矿型NCs的金属掺杂和聚苯乙烯共混等方法被用于蓝光LED。然而，具有蓝色发射（波长低于470 nm）的钙钛矿型NC-LED具有低EQE，达到≈2%。一般来说，基于CsPb（Cl/Br）3 NCs的蓝色led的问题是CsPb（Cl/Br）3 NCs的价带（VB）处于更深的能级（高于6 ev），与绿色CsPbBr3和红色CsPb（Br/I）3或CsPb（Br/I）3 NCs相比，其空穴传输层（HTL）和NCs层之间具有更高的空穴注入势垒。（文：爱新觉罗星）

图1.a)配体交换和纯化工艺方案。b，c)CsPb(Cl/Br)3 NCS的透射电镜图像，用于合成和与ADDA交换配体(插图：NCS的尺寸直方图)。

图2. CsPb(Cl/Br)3 NCS的光学性质。A)PL光谱(插图：365 nm紫外光下CsPb(Cl/Br)3 NC膜的照片)。B)荧光强度的时间依赖性。

图3. CsPb(Cl/Br)3 NCS的纳米晶结构、化学成分和表面配体组成。

a)X射线衍射谱。b)XPS光谱。c，d)FTIR光谱。

图4。无配位体交换和有配位体交换的CsPb(Cl/Br)3 NCS蓝光LED的性能。a） 蓝色发光二极管的电致发光光谱。b） 电流密度-蓝色LED的电压-亮度曲线。c）EQE–蓝色LED的电流密度曲线。