AOM发表硕士生刘陈威高效准二维绿光钙钛矿电致发光研究新成果

准二维(quasi-2D)钙钛矿发光二极管(PeLED)因其独特的量子限域效应和优异的光热稳定性而被认为是电致发光领域最有潜力的候选器件之一。准二维钙钛矿薄膜制备过程,往往需要加入一定量的有机大阳离子,这些大阳离子的引入能减少钙钛矿晶粒尺寸,极大的改善薄膜的表面形貌,同时提高量子荧光产率以及载流子寿命。然而,加入有机大阳离子也会导致低维相形成难以预测,过多的低维相存在会造成电荷的积累,使得电荷传输受阻,参与辐射复合的载流子密度下降;另一方面,晶粒尺寸的下降也会造成晶界缺陷的增多,非辐射复合比率增加。如果能有效解决这两方面的问题,就能进一步提升准二维钙钛矿器件的性能。

针对上述问题课题组研究人员提出了一些解决方案:通过引入氨基酸有机分子,利用氨基,羧基与钙钛矿低维相的相互作用,优化了低维相的组成;同时载流子寿命提高,缺陷密度减少,器件性能得到了显著提高。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。

在前驱溶液中,5AVA分子的羧酸会自发的解离出氢离子并与氨基结合,得到碱性的羧酸根基团和酸性的氨基基团,它们可分别与Pb2+离子形成配位键,与卤素离子形成氢键。这些相互作用在低维相的形成过程中起着至关重要的作用,能显著抑制了n=1n=2低维相的形成,使得钙钛矿低维相分布更加集中,这有利于电荷转移过程,提高辐射复合载流子密度。除此之外,羧酸根离子上的O原子具有富电子特性,与不饱和铅离子结合,能有效钝化卤素空位缺陷,减少非辐射复合比率。引入5AVA有机分子,准二维钙钛矿薄膜的量子荧光产率得到了进一步提高,载流子寿命显著增大。同时钙钛矿LED器件效率从13.9%提高到19.3%,最大亮度为11782.22cd m-2,电流效率达到61.8cd A-1。同时我们制备了大面积钙钛矿器件(器件有效面积为0.9 cm2),得到大面积器件效率为9.78%,最大亮度为6157.6 cd m-2


原文链接:

https://doi.org/10.1002/adom.202200276

 

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