基于自发形成的亚微米结构,实现了外部量子效率高达20.7%的钙钛矿LED。 一提到钙钛矿,很多人就会首先想到如日中天的钙钛矿太阳能电池。却不知,作为当前最热门的明星材料,钙钛矿不仅能拿来发电,还能拿来发光!钙钛矿因制备成本低、可溶液法制备、荧光量子效率(PLQY)高、色纯度高且颜色可调等特性,在平面显示和固体照明领域也极具潜力。
亚微米结构形成机理
2014年英国剑桥大学Richard H. Friend等人以MAPbI3-X和MAPbBr3(MA = CH3NH3+)作为发光层,首次报导了能在室温下工作的近红外光和绿光的钙钛矿发光二极管,测得外量子效率(EQE)分别为0.76%和0.1%。 此后,钙钛矿发光二极管便吸引了越来越多的关注。然而,目前报导的绿光和近红外光钙钛矿LED的最高外量子效率分别为14%和12%,且钙钛矿发光二极管器件稳定性差,远低于已经商业化的有机发光二极管(OLEDs)和无机量子点发光二极管(QLEDs)等。 因此,要想实现规模化商业应用,钙钛矿LED在效率和稳定性上还有很大的提升空间。 有鉴于此,南京工业大学黄维院士(目前单位西北工工业大学)和王建浦团队。他们同样报道了一种外量子效率(EQE)超过20%的钙钛矿LED。 器件制造 以摩尔比为0.7/2.4/1的5VAV、FAI和PbI2作为前驱体,溶解于DMF中,质量浓度为7%。首先成膜,然后在100℃退火16min,最后沉积到顶部电荷传输层。整个器件构成为(ITO)/PEIE-ZnO (30 nm)/钙钛矿 (50 nm)/ TFB(40 nm)/ MoO(7 nm)/Au (60 nm)。 亚微米结构形成机理 研究人员利用HAADF-STEM观察到,在8nm厚的有机层中存在自发形成的亚微米级钙钛矿结构。研究表明,这种亚微米结构形成于退火阶段。超薄有机绝缘层来源于5AVA脱水反应,有效避免了LED由于钙钛矿低覆盖度造成的电流泄露。
优异的光学和光电性能 优异的光学性能表明,这种亚微米结构的晶态钙钛矿在高效LED中存在重要应用前景。得益于3D钙钛矿优异的电荷迁移率和高效的电荷注入性能,电流密度和辐射率得到快速提升。最终,在电流密度为18 mA cm-2条件下,实现了外部量子效率高达20.7%的钙钛矿LED器件。另外,得益于地工作电压,在在电流密度为100 mA cm-2条件下,实现了12%的能量转化效率。
参考文献: Yu Cao, Nana Wang, He Tian, Jingshu Guo, Jianpu Wang, Wei Huang etal. Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formedsubmicrometre-scale structures. Nature 2018, 562, 249–253. https://www.nature.com/articles/s41586-018-0576-2
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