CINNO Research 产业资讯,最近,首尔国立大学(Tae-Woo Lee)和宾夕法尼亚大学(Andrew M Rappe)的研究团队报道开发了一种高效率钙钛矿LED(PeLEDs),其外量子效率(EQE)达到23.4%。该研究成果于1 月 4 日发表在《自然光子学》期刊上,文章的名称为“高效率发光二极管用钙钛矿纳米晶体的全面缺陷抑制”。

 

 

金属卤化物钙钛矿具有非常窄的发射光谱,出色的色纯度,较低的材料成本以及很宽的颜色调整范围。基于这些优点,钙钛矿一直被认为是一种非常有潜力的高色纯度发光材料,可以替代显示器和固态照明技术中常用的有机和无机量子点(QD)材料。

 

特别要提到的是,钙钛矿材料目前是唯一可以满足 REC.2020 标准的发光材料。 自从 Tae-Woo Lee 团队 2015 年报告实现 PeLED 8.53%的外量子效率(可与《科学》期刊报道的磷光 OLED 发光材料相媲美)以来,PeLED 的电致发光效率得到了显着提高。 现在,Tae-Woo  Lee 团队已经让 PeLED 的 EQE 达到 23.4%,这是迄今为止 PeLED 的最高效率,它甚至远超过了 InP 基绿色 QD-LED 的最高 EQE(13.6%)。

 

可以看出,PeLED EQE 的这一提升比普通 QD-LED 快了很多,QD-LED 自首次报道到目前 20% EQE 的实现花费了 20 年的时间。这一点凸显了钙钛矿发光材料在工业显示器和固态照明技术中商业化的可能性。

 

 一般来说,钙钛矿材料在室温下发光时存在严重问题。小的激子结合能会引起电荷载流子的直接离解,这会降低发光效率。为了克服这个固有的问题,研究人员一直都在致力于合成具有几纳米大小的胶体钙钛矿纳米晶体。在这样小的尺寸下,电荷载流子可以在空间上受到限制,另外还会具有很高的结合能。不过,由于钙钛矿纳米晶体的尺寸小且伴随着非常高的表面积 - 体积比,其表面缺陷较大。

 

此外,由于自来存在的动态结合(Dynamic binding)性质,其表面有机配体也很容易从纳米晶体表面脱离,这也会在纳米晶体表面引起许多缺陷。因此,钙钛矿材料的研发一直需要一种有效的缺陷钝化策略。 为了解决这些问题,由 Tae-Woo Lee 领导的首尔国立大学研究小组提出了一项综合策略。他们在传统的甲酰胺基钙钛矿纳米晶体中引入了胍基有机阳离子。该阳离子可以在控制上述钙钛矿纳米晶体内部和表面缺陷的同时,更有效地将电荷载流子限制在纳米晶体内部。 结果,该钙钛矿纳米晶体在薄膜和溶液中均实现了很高的光致发光量子效率(PLQE> 90%)。此外,研究团队还进一步使用了卤化物基缺陷钝化剂——1,3,5- 三(溴甲基)-2,4,6- 三乙苯(TBTB)去除纳米晶体表面的残留缺陷。通过所有这些钝化策略,研究团队最终向人们呈现了一种 EQE 达 23.4%,电流效率达 108cd/A 的 PeLED。 

 

安德鲁·拉珀(Andrew M Rappe)领导的宾夕法尼亚大学合作研究小组通过密度泛函理论(DFT)计算研究了上述策略详细的缺陷抑制机制。该合作研究小组研究了胍盐以很低浓度(〜10%)掺入纳米晶体的机理。此外,他们还研究了这种类型胍掺杂钝化纳米晶体内部和表面缺陷的机制,以及卤化物基 TBTB 材料钝化表面残留缺陷的原理。 Lee Tae-Woo Lee 表示:“我们已经提出了一种钝化钙钛矿纳米晶体缺陷的综合策略,它可以增加辐射发光几率,实现高效的 PeLED。我们希望这些提高 PeLED 发光效率的工作有助于推动 PeLED 的商业化。”