宋继中: 16.48%—室温钙钛矿绿光QLED效率再创新高

shanliang

作为近几年发光显示领域最具竞争力的材料之一，钙钛矿量子点（QDs）已然成为炙手可热的“明星材料”，钙钛矿量子点发光二极管（QLED）在短短几年内已经取得了里程碑式的发展，其红光QLED的外量子效率（EQE）目前已经达到20%，与传统镉基QLED的效率（EQE>20%）基本持平。然而钙钛矿绿光QLED的EQE目前约为10%，在效率上还需大幅提升，才能够克服产业化的应用瓶颈。相较于钙钛矿红光QDs，绿光QDs的带隙更大，无疑加大了载流子输运过程中的能量势垒，这样，就要求其自身具有更高的电输运性能。因此，开发具有有效载流子注入与输运性能，兼具高效发光的量子点材料是提高钙钛矿绿光QLED效率一个重要的途径。

在量子点合成过程中，引入长烷基链有机配体不仅能够保证量子点形成稳定的墨水；而且可以很好的消除表面悬挂键，调控表面电子态，实现100%的发光效率。但是，这些长链的有机配体在量子点表面阻挡载流子输运，降低激子复合效率，进而退化器件性能。在传统镉基QDs领域，通常采用短链的配体进行交换来实现QD材料的高效发光和有效电荷注入与输运。然而这种配体交换的策略无法直接套用在新型的钙钛矿量子点领域。主要障碍源于钙钛矿材料内在的离子特性，这种离子特性使得QD表面和有机配体之间高度动态键合，致使QDs极易在溶剂中受到破坏。尽管，最近少量的报道表明，在钙钛矿QD钝化过程中，采用链稍短的双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）能够改善量子点的电学注入性能，但是在量子点表面仍有大量有机配体，致使器件性能提升效果并不显著。因此，开发有效的钙钛矿QDs表面钝化策略，调控QD的表面状态，进而保证高效激子复合和有效载流子注入，在实现高性能钙钛矿绿光QLED领域显得尤为重要。

近日，南京理工大学宋继中教授和曾海波教授团队提出了提升钙钛矿绿光QLEDs效率的有机-无机杂化配体钝化量子点的普适策略。该策略不仅能够有效减少QDs的表面缺陷位点，抑制非辐射复合，保证高效发光特性，更重要的是，短链无机配体的引入能够显著改善载流子注入和输运性能，进而提升器件的复合效率。首先，利用室温方法制备出钙钛矿QDs，实验中使用辛酸（OTAc）和DDAB作为有机配体以确保QDs高的油墨稳定性；进而，在钝化过程中，引入无机金属溴化盐（ZnBr2、MnBr2、InBr3或GaBr3等）来调控其表面态，在QD表面形成有机-无机杂化配体（OIHL）；QD展现出高效的辐射发光和有效的载流子注入与输运性能，并助力全无机钙钛矿绿光QLED在性能方面获得重要进展，器件的外量子效率均实现了~40%的改善。其中，以ZnBr2为例，效率最高达到了16.48%，相应的内量子效率（IQE）和发光效率分别为74.2%和66.7 cd A−1，为目前该体系绿光QLED的最高值。

该研究提出的钙钛矿量子点OIHL钝化策略具有普适性和高效性，将推动钙钛矿QLED在发光、显示领域迈向工业化。上述结果以“Organic-Inorganic Hybrid Passivation Enables Perovskite QLEDs with an EQE of 16.48%”为题发表于Adv. Mater.。其中宋继中为第一与通讯作者，曾海波为共同通讯作者。

研究人员提出了提升钙钛矿绿光QLED效率的有机-无机杂化配体钝化量子点的普适策略。该策略能够有效减少QD的表面缺陷位点，抑制非辐射复合，保证高效发光特性；同时，无机金属配体的引入还能能够显著改善载流子注入和电输运性能，最终助力器件效率实现了~40%提高。其中，ZnBr2配体的引入使得钙钛矿QLED器件展现出了16.48%的EQE，为目前该体系绿光QLED的最高值。上述结果表明钙钛矿QDs的OIHL钝化策略具有普适性和高效性，将推动钙钛矿量子点在发光显示领域进一步迈向工业化。

文献链接：Organic-Inorganic Hybrid Passivation Enables Perovskite QLEDs with an EQE of 16.48%（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201805409）