中科院半导体所《Nature》子刊：12.1%！高效稳定的蓝光LED

编辑推荐：本文在PEA2(CsPbBr3)2PbBr4钙钛矿中引入大阳离子CH3CH2NH2+（EA），将绿光（508nm）的发射调谐到蓝光（466nm）。得到的钙钛矿薄膜在蓝光下的光致发光量子产率（PLQY）大于70%，更重要的是，在光照和加热条件下，蓝光发射具有良好的光谱稳定性。最终，通过优化EABr的含量，得到了12.1%的天蓝（488nm）电致发光效率，这可能是迄今为止蓝色发光器件的最高效率。

钙钛矿型发光二极管(PeLED)近年来有了长足的发展，在绿色和红色区域的电致发光的外量子效率(EQE)已经超过了20%，但在蓝色区域的效率却远远落后。

来自中国科学院半导体所、中国科学院大学等单位的研究人员在PEA₂(CsPbBr₃)₂PbBr₄钙钛矿中加入大阳离子CH₃CH₂NH₂⁺，降低了Pb-Br轨道耦合，增加了蓝光发射的带隙。X-射线衍射和核磁共振结果证实，EA已成功取代Cs⁺，形成了PEA₂(Cs_(1-x)Ea_xPbBr₃)₂PbBr₄。该方法将绿光区域(508 nm)的光致发光调制到蓝光(466 nm)，为钙钛矿的全彩显示铺平了道路。相关论文以题目为'Large cation ethylammonium incorporated perovskite for efficient and spectra stableblue light-emitting diodes’发表在Nature Communications期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17943-6

铅卤化物钙钛矿由于其独特的发光特性，显示出很高的显示潜力，近年来钙钛矿型电致发光器件的电致发光研究取得了重大进展。红光和绿光发射的外量子效率（EQE）已经提高到20%11-13，而蓝光发射的效率仍然落后，这是因为在薄膜中很难合成稳定的材料和保持高的量子效率。已经做了几次尝试来实现毛皮的蓝色发射。最简单的方法是将氯加入溴基钙钛矿中以调节带隙，Yip等人最近实现了Br–Cl卤化物混合钙钛矿的5.7%蓝色EQE。然而，这些Br–Cl混合钙钛矿在光照下或电位下都会出现不可避免的相分离，在外加电压下由于卤化物的迁移而导致峰移或多峰。第二种方法是通过掺杂金属离子如Zn2+、Cu2+、Mn2+、Al3+到铅位来调制导带。而金属元素引起的杂质被认为是有利于非辐射复合的关键因素之一。

到目前为止，获得蓝色毛皮的有效尝试是通过减少不同大阳离子的维（准2D和0D）钙钛矿来生成量子阱结构。例如，Sargent等人使用较短的异丙胺（IPA）分子来取代长配体苯乙基铵（PEA），并调整准2D钙钛矿结构，具有理想的n含量，在天蓝中的EQE为1.5%。在本文的准备过程中，Jin等人报道了基于量子限制的溴化钙钛矿的高效蓝光发光二极管（LED），通过使用苯基丁基溴化铵作为准2D相结合反溶剂薄膜沉积方法，获得了高达9.5%的峰值EQE。这些策略仍然集中在二维钙钛矿结构中阳离子的改性上。

为了获得高效的蓝色钙钛矿器件，以具有高效绿色发射的准二维钙钛矿PEA₂（CsPbBr₃）_n-1PbBr₄作为改性的初始组分。准2维PEA₂（CsPbBr₃）₂PbBr₄的发射波长为508nm，如图1a所示。选择三维钙钛矿型CsPbBr₃作为发射的主核，引入过量CsBr（CsBr:PbBr₂=2:1，摩尔比）钝化非辐射缺陷复合。长烷基链苯乙基溴化铵（PEABr）通常被引入钙钛矿中，以在取代外层a位原子时形成2D相，从而限制电荷并增强发射。（文：爱新觉罗星）

图1不同EABr钙钛矿薄膜的特性。

图2 钙钛矿薄膜的晶体结构。

图3不同钙钛矿的晶体结构和电子结构。

图4不同EABr比率的钙钛矿器件的性能。