Nat. Commun.：具有表面钝化的相工程钙钛矿的高效绿光发光二极管

【引言】

近年来，钙钛矿发光二极管由于其高效且窄发射而受到高度关注，具有Ruddlesden-Popper型分层结构的准二维钙钛矿可以提高激子束缚能并限制电荷载流子被认为是高效LED的候选材料。但是，这些材料通常含有相混合物且相杂质可能导致发射效率降低，另外，晶体尺寸的减小将三维转换成准二维钙钛矿在表面或晶界处引入更多缺陷，这两个因素都限制了LED的发射效率。

【成果简介】

近日，来自中国科学院半导体研究所游经碧研究员（通讯作者）团队在Nat. Commun.发表了题为Efficient green light-emitting diodes based on quasi-two-dimensional composition and phase engineered perovskite with surface passivation的文章，他们通过组成和相位工程，选择最佳的准二维钙钛矿并在钙钛矿薄膜表面上涂覆有机小分子三辛基氧化膦来进行表面钝化 ，获得了具有62.4cd A^-1的CE和14.36％的外部量子效率的准二维PeLED的高性能。

【图文导读】

图1：不同组成的钙钛矿薄膜的性能

a:PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄相的制备方案；

b:不同组成的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄膜的X射线衍射图；

c:不同组成的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄的PL图；

d:不同组成的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄薄膜的光致发光强度变化；

e:紫外灯激发下不同组成的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄薄膜的光致发光图像。

图2 ：TOPO对n = 3组分钙钛矿的钝化效应

a:具有和不具有TOPO钝化的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）钙钛矿膜的光致发光量子产率；

b:具有和不具有TOPO钝化层PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）膜的时间分辨光致发光；

c:在硅晶片上制备的TOPO，PbBr₂和TOPO-PbBr₂膜的傅立叶变换红外光谱图。

图3：钙钛矿发光二极管结构和电致发光

a:单设备中每个功能层的频段对齐；

b:装置的横截面SEM图；

c:在不同的电压偏压下，基于PeLED的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）的典型电致发光光谱；

d:基于PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）的色坐标图。

图4：具有不同成分和表面钝化的钙钛矿LED的器件性能

a:PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄的亮度-电压曲线；

b:具有不同组成的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄的电流效率-电压曲线；

c:具有和不具有TOPO层的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）器件的亮度-电压曲线；

d:具有和不具有TOPO层的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）器件的电流效率-电压曲线；

e:具有TOPO钝化层的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄（n = 3组成）器件的外部量子效率

【小结】

该团队总结了影响钙钛矿的稳定性因素：一是电压偏置下的离子迁移，另一个是钙钛矿材料在加热或潮湿条件下的相的稳定性。并提出了可以采用几种方法来提高钙钛矿的稳定性，一是寻找稳定的钙钛矿发射材料，掺入合适的基团以避免或抑制离子迁移，寻求有效的配体与晶粒表面以及膜表面键合减少由非辐射复合引起的焦耳热，并找到稳定的电荷注入层。该团队通过组分/相工程发现具有n = 3组成的PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄的准二维钙钛矿显示出良好的光谱性能。

文献链接：Efficient green light-emitting diodes based on quasi-two-dimensional composition and phase engineered perovskite with surface passivation（Nat. Commun 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-02978-7）

本文由材料人电子电工学术组杨超整理编辑。

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