【背景介绍】

根据美国国家电视系统委员会（NTSC）的标准，新一代显示技术必须具有稳定，高效和纯的深蓝色电致发光（EL）。然而，对于有机发光二极管（OLEDs）、量子点发光二极管（QLEDs）以及最近的金属卤化物钙钛矿发光二极管（PeLEDs）而言，这个要求一直都是巨大的挑战。虽然钙钛矿纳米晶器件中的卤化物工程可以在钙钛矿材料中实现深蓝色发射，但离子迁移和偏析的内在性质导致了其在外部激发下的光谱红移。近年来，通过引入较大的有机铵（间隔剂）来分离三维无机八面体网络，人们开发了组件域减小的准二维钙钛矿材料。但具有典型间隔基（例如丁胺（BA）和苯乙胺（PEA））的准二维钙钛矿薄膜中的低维域是不均匀且不稳定的，且引入量的多少也严重制约着器件的性能，这些因素使得其在准2D钙钛矿薄膜中控制域分布的调制变得愈发复杂。

【成果简介】

最近，苏州大学王照奎教授和廖良生教授团队合作报道了一种实现准二维钙钛矿薄膜精细间隔调制的策略。作者通过在钙钛矿前驱体中引入芳香多胺分子，利用低维组件工程，可显著抑制产生非辐射复合和激子转移受阻的n₁域，而代表发射物种的n₃域总数显著增加。优化后的准二维钙钛矿薄膜在n₃域（峰值465 nm）处呈现蓝色发射，光致发光量子产率（PLQY）高达77%。而其相应的钙钛矿发光二极管能够稳定地发射深蓝光，外部量子效率（EQE）高达2.6%。这项工作为进一步了解准二维钙钛矿的结构和发射特性奠定了基础，为设计深蓝发射钙钛矿材料开辟了新途径。相关成果以“Optimization of Low-Dimensional Components of Quasi-2D Perovskite Films for Deep-Blue Light-Emitting Diodes”发表于Adv. Mater.期刊上。

【图文导读】

图一

（a）P-PDAPbBr₄和PEA₂PbBr₄薄膜的掠射角x射线衍射（GIXRD）；

（b）P-PDABr₂和P-PDAPbBr₄的红外光谱；

（c）P-PDABr₂和P-PDAPbBr₄粉末的核磁共振氢谱；

（d）二维钙钛矿（n = 2）与不同间距的结构、相互作用及变更示意图。

图二

（a~b）样品P1-P5的吸收光谱及其对应的PL光谱；

（c）P1-P5薄膜照片及PLQY；

（d）P2薄膜在高温、潮湿和紫外光辐射下的稳定性测试；

（e）从（d）中提取的发射峰值和FWHM变化；

（f）P2-P4薄膜的TA光谱；

（g）根据TA光谱中GSB的强度，不同域的激子贡献不同。

图三

（a）低维组件工程原理图；

（b）三种LCE薄膜的吸收光谱和PL光谱，其中不同量的P-PDABr₂被PEABr取代，并标记为P2m1、P2m2、P2m3；

（c）P2m1、P2m2、P2m3膜对应的TA谱；

（d）（c）中n₁、n₂和n₃域的衰变动力学；

（e）从（b）积分的激子峰（n₂/ n₁）的比例与在n₁域激发态下的总数减少时间的比例，以及各种薄膜的PLQY；

（f）紫外光照射激发下P2m2薄膜的照片。

图四

（a）P-PDAPbBr₄的吸收、PL和PLQY性质；

（b）P-PDAPbBr₄薄膜的归一化温度相关PL谱；

（c ~d）P2和P2m2样品光致发光激发光谱和激发相关PLQY伪彩图；

（e）P2和P2m2薄膜的域分布、激子转移和发射特性。

图五

（a~b）深蓝色LED的横截面TEM图及其相应的能级校正；

（c）最佳预成型LED的J-V-L曲线；

（d）电流效率和EQE与电压的关系曲线；

（e）不同偏置电压下的EL谱；

（f）该器件的CIE 1931色坐标；

（g）在0.35 mA cm^-2（峰值EQE）下随时间变化的EL谱；

（h）在0.35 mA cm^-2的恒定驱动电流密度下，深蓝色LED的使用寿命的测量。

【小结】

综上所述，这项工作揭示了影响二维钙钛矿薄膜中低维域非理想稳定性的因素。作者通过采用一种新的有前景的与无机层具有很强的结合力的间隔分子，将其用于固定准2D钙钛矿薄膜中的域分布。此外，作者还建立了一个混合间隔系统来可控地调节域的数量，从而显着抑制了具有严重非辐射复合和激子转移受阻的n₁域，同时增加了n₃域（发射物种）的数量而没有出现副产物较高的n域。如此优异的域构成成分导致激子的快速和完全转移，经过优化的2D钙钛矿薄膜可实现理想的n₃域的独立发射，其PLQY高达77％。作者基于该薄膜所制备的LED表现出稳定的深蓝色发射，并具有固定的EL峰和FWHM。其 CIE坐标（0.145，0.052）完全符合NTSC标准的蓝色要求，且获得的EQE是发出深蓝光的全溴PeLED的最高结果之一。这项工作为设计稳定的高PLQY的深蓝色准二维钙钛矿电致发光材料提供了指导，同时也为其他类型的应用开发提供了可能。

文献链接：Optimization of Low-Dimensional Components of Quasi-2D Perovskite Films for Deep-Blue Light-Emitting Diodes（Adv. Mater. 2019, 1904319）

本文由我亦是行人编译。

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