南开大学最新Nature！高性能红光LED

赛恩斯 1个月前 (02-20) 761浏览

一、【科学背景】

钙钛矿发光二极管（PeLED）已成为下一代超高清显示器的有前景的候选者。目前已经在外部量子效率（EQE）超过20%的绿色和红外发射PeLED方面取得了巨大进展。然而，迄今为止，纯红色PeLED（<640 nm）的器件性能和相应的颜色稳定性仍然不理想。开发高效稳定的窄线宽纯红色PeLED，特别是其电致发光峰值集中在630 nm以获得更宽的色域，仍然是一个巨大的挑战。CsPbI₃量子点表现出尺寸依赖的光学特性，因此被认为是实现高效、稳定的纯红色包晶发光二极管（PeLEDs）的最有希望的候选材料。然而，超小CsPbI₃ QDs 在组装成导电薄膜时要保持其溶液相特性具有挑战性，这极大地阻碍了它们在器件中的应用。

二、【创新成果】

近期，南开大学袁明鉴教授、陈军院士、章炜研究员等人在Nature上发表了题为“Perovskite heteroepitaxy for high-efficiency and stable pure-red LEDs”的论文，报告了一种原位沉积稳定超小CsPbI₃ QD导电固体的方法，即构建CsPbI₃ QD/准二维（quasi-2D）包晶异质外延。异质界面上排列整齐的周期性边缘配体阵列在CsPbI₃ QD的临界层厚度上引发了大量的八面体倾斜，从而提高了倾斜CsPbI₃和δ-CsPbI₃之间的吉布斯自由能差，导致CsPbI₃ QD的热力学稳定。通过这种方法，研究人员制造出稳定的CsPbI₃ QD导电薄膜，其发射光线可调，覆盖从600 nm到710 nm的整个红色光谱区域。本研究报道的纯红色PeLED得电致发光窄峰值集中在630 nm，符合超高清显示冠军器件的认证外部量子效率为24.6%，半衰期为6330分钟，是迄今为止报道的最高效、最稳定的纯红色PeLED之一。此外，该方法还与大面积制造兼容，使1 cm²的PeLED在630 nm波长下表现出20.5%的最佳外部量子效率。

三、【科学启迪】

综上，本研究开发了一种原位沉积稳定超小CsPbI₃ QD导电固体的方法，即构建CsPbI₃ QD/准二维（quasi-2D）包晶异质外延。异质界面上排列整齐的周期性边缘配体阵列在CsPbI₃ QD的临界层厚度上引发了大量的八面体倾斜，从而提高了倾斜CsPbI₃和δ-CsPbI₃之间的吉布斯自由能差，导致CsPbI₃ QD的热力学稳定。由此产生的冠军器件的峰值波长为630 nm（符合Rec.2100色彩标准），经认证的EQE为24.6-25.6%，亮度高达~11689 cdm^-2。在~100 cdm^-2下，器件的半衰期（T₅₀）达到~6330分钟（超过100小时）。此外，该方法还与大面积制造兼容，使1 cm²的PeLED在630 nm波长下表现出20.5%的最佳外部量子效率。