曾海波最新Adv. Mater. 通过控制配体密度得到具有极高外量子效率的纯无机钙钛矿发光二极管（QLEDs）

【引言】

众所周知，有机-无机混合钙钛矿CH₃NH₃PbBr₃（MAPbBr₃）发光二极管（LEDs）的外量子效率仅仅在一年之内就由最初0.76%猛增到8.53%。相比之下，纯无机钙钛矿材料CsPbX₃（X = Cl, Br, I）被证实在空气中室温条件下具有很好的稳定性，且不需要惰性气体保护。此外，无机钙钛矿材料还具有很高的光致发光（PL）量子产率（QYs）。因此，纯无机钙钛矿量子点发光二极管（QLEDs）应该具有更高的电致发光（EL）效率和亮度。然而，尽管无机钙钛矿材料具有如此多的优点，但是过低的量子效率却阻碍了其进一步发展。除去优化器件的结构，量子点的表面状态也是影响QLED性能的重要因素。附着在量子点表面的配体一方面可以使其钝化，保持稳定；另一方面，过多的表面配体也会形成绝缘层阻碍电荷的注入。所以，要得到具有稳定性、量子产率和电荷注入效率都很高的QLED，就需要对其表面状况进行深入系统的研究，而这是极具挑战性的。

【成果简介】

近日，来自南京理工大学纳米光电材料研究所、新型显示材料与器件工信部重点实验室的曾海波教授、宋继中副教授（共同通讯作者）报道了一种通过配体密度控制来平衡量子点的表面钝化和电荷注入的思路，并将其应用到了高效CsPbBr₃QLED中。

实验中首次使用己烷/乙酸乙酯混合溶剂来达到控制量子点表面配体密度的目的。并用多种表征方法对CsPbBr3量子点、薄膜以及器件的纯化过程进行了详细地研究。在合适的处理过程后，量子点的稳定性、光致发光量子产率（PL QYs）、薄膜的均一性及其微结构都得到了最大程度的保留。结果表明，相比用丙酮一次处理的量子点，使用新方法处理后的量子点制作的QLED的量子效率提高了50倍，达到6.27%；其电流密度提高了30倍，达到了13.3 cd/A，这说明由于表面配体密度的调控，电荷的注入效率得到极大提升。这种研究思路为提高无机钙钛矿发光二极管效率提供了一种直接、有效的方法。

【图文导读】

图1 表面配体控制示意图及量子点的NMR、XPS和FTIR表征

（a）表面配体控制（SLDC）图

（b）CsPbBr3量子点在不同己烷/乙酸乙酯循环处理后的NMR全谱

（c）CsPbBr3量子点在不同己烷/乙酸乙酯循环处理后的NMR放大谱

（d）CsPbBr3量子点中的碳百分含量

（e）CsPbBr3量子点在不同循环处理后的FTIR谱图

图2 通过表面配体密度控制后量子点墨水稳定性、光致发光（PL）强度、薄膜的均一性及微结构的变化

（a）不同循环处理后量子点在UV照射前后的照片

（b）不同循环处理后的量子点形成的薄膜在UV照射下的照片

（c）多次循环处理后薄膜的SEM图

（d）不同循环处理后量子点的TEM图

图3 表面配体密度控制（SLDC）后光致发光和载流子注入的变化

（a）不同纯化过程后量子点的光致发光（PL）量子产率（QY）

（b）量子点的光致发光（PL）谱

（c）量子点薄膜的光致发光（PL）衰减谱

（d）仅有电子作为载流子时的能带分布和电流密度-电压特性（J-V）

（e）仅有空穴作为载流子时的能带分布和电流密度-电压特性（J-V）

（f）经过不同纯化循环过程后的QLED器件的能带分布和电流密度-电压特性（J-V）

图4 通过表面配体密度控制优化QLED的性能

（a）QLED器件的结构示意图及其截面的TEM图

（b）进过两次纯化循环的量子点器件的归一化电致发光（EL）谱和光致发光（PL）谱

（c）不同纯化循环后的量子点器件的发光强度-驱动电压图

（d）不同纯化循环后的量子点器件的电流效率-电流密度图

（e）不同纯化循环后的量子点器件的外量子效率-发光强度图

图5 不同空穴传输层和纯化溶剂对器件性能的影响

（a）器件结构的优化图

（b）相应器件结构优化条件下的电流密度和外量子效率

（c）纯化溶剂对器件性能的优化图

（d）不同纯化溶剂处理后器件的电流密度和外量子效率

表1 不同条件下CsPbBr3基LED的性能

表2 文献中钙钛矿基LED的性能总结

文献链接：50-Fold EQE Improvement up to 6.27% of Solution-Processed All-Inorganic Perovskite CsPbBr3 QLEDs via Surface Ligand Density Control(Adv. Mater.，2016, DOI: 10.1002/adma.201603885)

本文由材料人电子电工学术组大城小爱供稿，欧洲足球赛事 整理编辑。

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