Nano Lett.: 高效率和空气稳定的具有全无机异质结构的钙钛矿量子点二极管

【引言】

有机无机杂化钙钛矿材料由于低成本和可大规模制备引起了人们的关注。在太阳能电池领域的效率的已经超过了20%，但应用于LED器件运行稳定性阻碍了钙钛矿材料LED的发展。全无机钙钛矿材料由于其更高的稳定成为备选。在PeLED中使用载流子注入聚合物和小分子，由于自身的不稳定性，将会不可避免的降低器件的长期运作发光性能。因此选择合适的载流子注入材料是必要的。

【成果简介】

为了解决PeLED的发光效率和运行稳定的问题，郑州大学李新建教授、吉林大学张源涛教授和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所单崇新（共同通讯作者）课题组设计了以无机钙钛矿量子点作为发光层，n-type MgZnO 和 p-type MgNiO作为注入层，通过Mg掺杂和厚度优化注入层进行能带调节，实现了最大亮度为3809 cd / m²，发光效率为2.25 cd / A和外部量子效率为2.39％的PeLED，与报道的CsPbBr 3 QD LED的最高结果相当。未封装的连续电流模式的PeLED证明了对水和氧降解的显着的操作稳定性。在直流偏压（10.0V）下连续操作10小时后，接近80％的原始效率，大大优于参考和其它以前报道的用常规有机载体注入层构造的LED器件。

【图文导读】

图1.全无机钙钛矿量子点表征图

(a). CsPbBr₃量子点TEM，高分辨显示晶格间距是0.58nm

(b). CsPbBr₃量子点尺寸分布图

(c). CsPbBr₃量子点EDS能谱

(d). CsPbBr₃量子点的XRD

(e). CsPbBr₃QDs, n-MgZnO, and p-MgNiO films的吸收光谱CsPbBr₃QDs 的荧光光谱

(f). CsPbBr₃量子点的时间分辨荧光寿命衰减谱

图2.CsPbBr₃的光学性质

(a). CsPbBr₃量子点温度相关的荧光谱图

(b). 在300和120K下CsPbBr₃量子点的积分PL强度和激发功率之间的关系

(c). 积分PL强度

(d). CsPbBr₃量子点的fwhm与温度倒数的函数。

图3.全无机钙钛矿LED结构设计示意图

(a). 在每个步骤之后制造PeLED的处理程序和相应的顶视图SEM。

(b). 器件示意图

(c). p-MgNiO / CsPbBr₃/ n-MgZnO / n +-GaN异质结二极管。

(d). 简化能带显示相对于真空能级的传导和价带能级的多层异质结构的取向。

图4. PeLED稳定性测试

(a). 在8.0V直流偏压下的PeLED的RT EL强度的时间依赖性（30分钟）。插图显示了EL的响应在8.0V（每个开关之间为100μs）的四个接通/关断脉冲的强度。

(b). 研究的PeLED的发射强度和三个参考PeLEDs作为连续偏置10.0V下的运行时间的函数。插图显示了PeLED的相应照片不同的运行周期。

(c). 在相同偏差下不同运行时间后获得的研究的PeLED的EL光谱的演变测量条件。

【展望】
高效率和空气稳定性是PeLED的发展主要的技术瓶颈。本文献报道全无机钙钛矿LED的载流子注入层优化使得PeLED在不封装的情况下具备高亮度和高效率以及空气稳定性,将实际应用向前推进一步，随着研究进一步深入，相信PeLED的产业化时代即将到来。

文献链接：High-Efficiency and Air-Stable Perovskite Quantum Dots Light-Emitting Diodes with an All-Inorganic Heterostructure（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04116）

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