南京理工大学宋继中&曾海波AM：大幅提升钙钛矿量子点QLED效率的室温表面工程

【引言】

基于量子点的发光二极管（QLEDs）具有窄而可调谐的发射光谱，显示出高纯度和真实的色彩，被认为是未来柔性和高清显示有力候选者。全无机组份铯铅卤（CsPbX3）钙钛矿量子点，展现出高荧光量子产率、极窄的发光峰等特点，而且在实际应用中展示出较好的热稳定性和低湿度敏感性，有望成为新一代发光显示材料。短短几年时间的发展，该体系QLED器件的效率取得了重大突破，其中绿光器件外量子效率已经达到8.7%。但是，与传统镉基量子点发光二极管的效率（~20%）相比，还有很大的提升空间。此外，当前高效率的钙钛矿量子点通常采用热注入法制备，且需要惰性气体保护，不利于低成本的产业化应用。

因此，开发高效、低成本、工艺简便的钙钛矿量子点材料，目前主要面临的问题有：①如何避免采用复杂合成工艺（如高温，保护气），获得高质量发光量子点；②针对钙钛矿量子点的离子特性以及高动态的表面特征，如何开发可行的表面配体调控量子点表面态，使之同时兼具高效发光和有效电荷注入。

近日，南京理工大学宋继中教授和曾海波教授团队提出了利用室温三重配体（无需惰性气体）来调控钙钛矿量子点表面态的策略，降低成本的同时获得了近完美的无机钙钛矿发光量子点，包括高荧光量子产率（> 90％）和单一辐射衰减（单指数衰减的最佳拟合优度（χ²）为0.986）。研究人员在非极性甲苯溶液中，利用四丁基溴化铵（TOAB），双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）和辛酸（OTAc）三种配体在合成中的协同作用：TOAB有助提高PbBr2的在甲苯中溶解性和最终量子点的墨水稳定性；DDAB与TOAB配合，降低量子点表面缺陷，显著提升量子点的发光性能和墨水稳定性；短链的OTAc使组装的量子点薄膜具有更有效的电输运性能，三者协同作用赋予室温合成的钙钛矿发光量子点高油墨稳定性、近完美的发光性能以及有效的电荷注入与输运特性。得益于此，研究人员成功制得高效的钙钛矿量子点LED器件，其最高EQE为11.6%，相应的内量子效率（IQE）和功率效率分别为52.2％和44.65 lm W^-1。相关论文以“Room‐Temperature Triple‐Ligand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE-11.6% Perovskite QLEDs”为题，发表Adv. Mater.上。

【图文简介】

图1室温三配体表面工程合成近“理想”钙钛矿QD发射体。

a）合成和处理过程的示意图；

b）透射电子显微镜（TEM）；

c）高分辨率TEM（HRTEM）图像。

d）TOAB，DDAB和OTAc的化学结构；

e）高稳定的纯化CsPbBr3 QD油墨。

f）表现出接近单一辐射通道的CsPbBr3 QD油墨的PL衰减曲线。 插图为PLQY> 90％的高亮QD溶液照片。

g）基于利用油酸和辛酸合成的QLED的电流密度-电压曲线。

图2高亮、平滑、致密的QD薄膜。

a）高亮度量子点薄膜的照片。

b）它们相应的PL光谱。

c）量子点薄膜的原子力显微镜（AFM）图像。

d）CsPbBr3和FA掺杂的CsPbBr3量子点薄膜的PL衰减曲线。

图3高性能QLED。

a）左侧是多层钙钛矿QLED器件的示意图，右侧是截面TEM图像。

b）施加电压3V时的归一化EL光谱。

c）器件的亮度和电流密度相对于电压的曲线。

d）器件的电流效率与电流密度的曲线。

e）器件的EQE相对于亮度的曲线。

f）器件的功率效率相对于亮度的曲线。

图4大产率制备的量子点及其LEDs。

a）不同放大倍数的QD原始溶液的照片。

b）QLED的能带图。

c）不同放大倍数的QLED的峰值EQE和d）峰值电流效率。

【总结】

该团队开发了一种在室温大气环境下，利用三重配体协同配体合成出了高质量的钙钛矿量子点墨水，展现出高的PLQY（93％）和单一辐射衰减通道。所使用的三种短链配体赋予室温合成的钙钛矿发光量子点高油墨稳定性、近完美的发光性能以及有效的电荷注入与输运特性。最终，研究人员成功制得高效的钙钛矿量子点电驱动LED器件，表现出最高11.6％的EQE，为当前该体系钙钛矿QLED的最高值。且这项工作中所提出的简易合成方法可规模化制备钙钛矿量子点，放大合成QDs的性质及其器件性能没有明显退化。这些结果表明室温表面配体工程所合成的钙钛矿量子点在未来的高清显示领域极具应用潜力。

本文由南理工曾海波课题组-李建海供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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