吉林大学《CEJ》：表面配体工程辅助助力明亮高效的红光LED！

编辑推荐：通过使用较短的OPA配体，获得了最大外量子效率为12.6%，最大亮度为10171 cd m−2的高效红色钙钛矿型量子点发光二极管，与原始的基于CsPbI3量子点的发光二极管相比，亮度提高了近3倍。

全无机CsPbX₃(X=Cl，Br，I)量子点是一种很有前途的发光二极管材料，但量子点表面的油酸(OA)和油胺(OLA)等长绝缘配体限制了器件的性能。它们降低了量子点的电导率，同时它们的损耗恶化了量子点的光致发光和稳定性。

为了克服这些问题，吉林大学和郑州大学等单位的研究人员在钙钛矿型量子点的合成中加入了碳链较短的辛基膦酸(OPA)来部分取代OA配体。由于OPA和Pb原子之间的强相互作用，OPA可以有效地钝化CsPbI₃量子点表面未配位的Pb原子，从而提高荧光量子效率(接近1)和溶液的稳定性。相关论文以题目为“Surface ligand engineering-assisted CsPbI₃ quantum dotsenable bright and efficient red light-emitting diodes with a top-emitting structure”发表在Chemical Engineering Journal 期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126563

卤化铅钙钛矿具有发光亮度高、颜色可调、发射线宽窄等优良的光学特性，是制作发光二极管(LED)的理想材料。与有机-无机杂化钙钛矿多晶薄膜相比，全无机卤化铯铅(CsPbX₃)钙钛矿量子点(QDs)具有良好的热稳定性和化学稳定性，被认为是更适合LED的发光材料。目前，CsPbX₃量子点的合成大多采用长碳链油酸(OA)和油胺(OLA)作为表面配体，以保证其在非极性溶剂中的胶体分散，但过量的表面配体会极大地限制材料的导电性。

多余的有机配体与量子点的相互作用较弱，可以在提纯过程中去除。然而，配体的丢失会导致量子点表面缺陷位的产生，大大增加了非辐射复合，降低了发光量子产率(PL QY)，恶化了其在溶剂中的分散性和结构稳定性，进一步限制了LED的器件性能。

因此，在保证量子点具有较高的PLQY、良好的分散性和稳定性的同时，提高量子点的导电性是至关重要的。表面配体工程是改善材料光电性能和相应器件性能的有效途径。虽然这是提高钙钛矿型LED器件性能的有效策略，但红色钙钛矿型LED的亮度仍然低于绿色钙钛矿型LED。

图1。(a-c)不同OPA用量(分别为0.025、0.05g和0.05g)合成的CsPbI₃量子点的透射电子显微镜图像。插图显示相应的大小分布直方图。(d-f)对应的高分辨率TEM图像。

图2。(A)不同OPA含量的CsPbI₃量子点的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱，(B)荧光衰减曲线。(C)不含OPA和含OPA的CsPbI₃量子点的FTIR光谱。(D)含OPA的CsPbI3量子点的能谱。

图3。(A)UPS谱，(B)原始的和OPA优化的CsPbI₃QD薄膜的切线外推图。插图是所有功能层的设备能级图。(C)基于原始和OPA优化的CsPbI₃量子点的顶部发射LED的电流密度和亮度与驱动电压的关系。(D)相同器件的外部量子效率与亮度的关系。(E)薄膜和LED中原始和OPA优化的CsPbI₃量子点的PL和EL光谱。(F)电致发光光谱的相应CIE坐标。

图4。（a）不同偏压下CsPbI₃-OPA-1量子点顶发射LED的相对电致发光谱。（b）不同视角下顶发射LED光谱的相对EL强度。

在CsPbI₃钙钛矿量子点合成中引入OPA部分取代OA，从而提高了量子点的导电性，从而进一步提高了PLQY至98%。另外，设计了一种顶射器件结构，利用该结构中的微腔共振效应，提高了出光效率。（文：爱新觉罗星）