苏大《ACS Nano》：24.5%！柔性钙钛矿型发光二极管新纪录

编辑推荐：本文展示了一种基于合理的界面工程来实现柔性PeLED高效的光子产生和光输出耦合。在钙钛矿发射极中同时实现界面晶化和缺陷钝化，实质上抑制了陷阱介导的非辐射复合损耗。经过协同优化的柔性PELED实现了24.5%的峰值EQE，这是迄今为止创纪录的效率。

尽管钙钛矿型发光二极管(PeLED)在下一代显示器和照明方面很有前途，但其效率仍然远远低于传统的无机和有机发光二极管。要获得高性能的PeLED，需要在电致发光过程的各个方面做出重大努力。在此，作者提出了一种基于合理界面工程的改进柔性膜片结构，以实现高效的光子产生和增强的光输出耦合。相关论文以题目为“Rational Interface Engineering for Efficient Flexible Perovskite Light-Emitting Diodes”发表在ACS Nano期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01908

金属卤化物钙钛矿由于其溶液可加工性、优异的发光和电荷传输特性，为高性价比的高性能光电设备的应用带来了巨大的希望。近年来，在实现高效钙钛矿型发光二极管(−)方面取得了快速的进展。尤其是，形状因数的灵活性优势使PELED成为可弯曲显示和曲面照明应用中的新兴技术。然而，PELED需要在各个方面进行重大改进才能解锁。特别是，PeLED的器件效率应该与传统的无机和有机LED相当。要使高效的PeLED达到其理论极限，通过共同提高电子-光子转换过程中的辐射激子复合(高内部量子效率，IQE)和增强内部产生的光子的输出耦合(高的光输出耦合效率)，对整个电致发光(EL)过程进行精细的控制是必不可少的。

因此，PeLED的外量子效率(EQE)本质上是由IQE和光输出效率的组合决定的。离子交换发光的一个主要限制是由于钙钛矿晶体内部或其晶界附近的缺陷(如卤化物空位)而导致钙钛矿发射体中严重的陷阱介导的非辐射损失。为了改善这些缺陷并增加辐射复合，人们通过尺寸工程和使用各种有机添加剂或前体成分的缺陷钝化，致力于钙钛矿材料的设计和相关薄膜的加工。

图1.不同ETA比的改性PEDOT：PSS上形成的CsPbBr3钙钛矿薄膜的结构和光学特性。(A)扫描电镜图像。(B)X射线衍射图谱。(C)365 nm光照下各种钙钛矿薄膜的相对荧光光谱和照片。(D)在373 nm激发下，瞬态PL在514 nm处衰减。插图是ETA的化学结构。

图2.PEDOT：PSS中不同ETA比的ITO玻璃上制作的PELED的器件性能。(A)在4V偏压下的归一化电致发光光谱。(B)电流密度、−电压和亮度−电压特性。(C)作为亮度函数的EQE。(D)作为亮度的函数的电流效率。(E)ETA比率为0.0VOL%和0.4VOL%的器件的峰值EQE直方图。(F)不同ETA比的PEDOT：PSS上PELED的瞬态电致发光衰减曲线。

图3.柔性贴片的器件结构。(A)柔性PET衬底上AgNWs基复合电极的贴片器件结构示意图。(B)柔性膜的能级示意图。(C−f)在AgNW上的平坦氧化锌的原子力显微镜图像(C)，在平坦氧化锌上的PEDOT：PSS(D)，在AgNW上的图案化ZnO(E)，以及在图案化ZnO上的PEDOT：PSS(F)。

图4.PET衬底上具有扁平和图案化结构的柔性PELED的器件性能。(A)J−V和L−V曲线。插图显示了操作中弯曲的柔性装置的照片。(B)归一化电致发光光谱。插图是与理想的朗伯图案(虚线)相比，具有平坦和图案化结构的柔性PeLED的EL强度的角度依赖性。(C)EQE和电流效率与电流密度特性的关系。(D)用扁平和图案化结构制造的柔性PeLED的峰值EQE的直方图。

钙钛矿发射极的界面激发结晶和缺陷钝化通过调节底层过渡层协同实现，从而抑制了陷阱介导的非辐射复合损耗。除了接近高发射率的钙钛矿层外，通过将银纳米线电极与柔性塑料衬底上的准随机纳米管相结合，还可以增强俘获光的出射耦合。通过对器件结构的整体优化，基于绿光发射的CsPbBr₃钙钛矿结构的柔性PeLED的外量子效率达到了创纪录的24.5%。（文：爱新觉罗星）