Angew. Chem.:化学反应调节低维相以实现高效的天蓝光钙钛矿LED

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低成本、溶液处理的金属卤化物钙钛矿具有优异的发光特性,如高色纯度、可调谐的发射波长和高光致发光量子产率(PLQY),被认为是下一代显示技术的竞争候选材料。在过去的十年中,绿色、红色和近红外钙钛矿发光二极管(PeLED)的外量子效率(EQE)超过了25%。然而,目前最先进的宽带隙蓝色PeLED的EQE仍然不够理想,限制了其在全彩显示应用中的商业可行性。在蓝色发光二极管领域,具有高激子结合能和空间限域效应的准二维钙钛矿材料作为发光层,有利于辐射复合发光。因此,进一步调节准二维蓝色钙钛矿薄膜的性能被认为是克服其效率瓶颈的有效途径。

从本质上讲,溶液处理的准二维钙钛矿由不同带隙n相组成的多量子阱结构组成(其中n代表[PbX6]4-层的数量,与不同域的层状钙钛矿区分开来)。低维结构中的量子限域效应使蓝移发射成为可能。通过能量级联转移过程,低n域中的激子能量可以传输到具有最窄带隙的发光中心。然而,不同n域之间的能量转移效率不可避免地会发生损失。因此,最近的研究集中在通过改变n域的分布来优化准二维中的能量级联过程。Jiang等通过引入不同于PEA+阳离子的各种间隔阳离子,如1-萘甲基氨基碘(NMAI),显著抑制了低维相。Liu等通过引入具有不同配位亲和力的离子添加剂,通过路易斯酸碱相互作用重构了低维域的分布。然而,这些方法主要依赖于分子间相互作用,忽略了通过化学反应调控低维相的研究。

此外,为了在准二维钙钛矿材料中实现蓝色光谱范围的发射,通常需要混合卤素(Cl/Br)工程。然而,具有高氯含量的蓝色LED表现出严重的卤素分离问题,在器件运行过程中,由于高度的离子迁移过程,电致发光(EL)在短时间内自发地从蓝色转移到绿色。

鉴于此,苏州大学王照奎教授课题组,提出了一种基于掺杂新型多功能分子的优化策略。与通过分子间相互作用调控低维相的传统方法不同,其通过分子间化学反应有效调节量子阱中的激子能量转移过程,实现了最大 EQE 达到 16.6% 的高效天蓝色 PeLED。

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通过引入二苯基氧化膦(DPPO)和双(4-三氟甲基苯基)氧化膦(BTF-PPO),研究发现,DPPO中的P=O官能团可以向非配位缺陷位点提供孤对电子,从而限制缺陷介导的非辐射复合过程。重要的是,BTF-PPO携带的-CF3(三氟甲基)基团增强了BTF-PPO分子与准二维结构中间隔阳离子(p-氟苯乙基溴化铵,p-F-PEABr)的反应活性,在不改变发射波长的前提下限制了低维相的生长。加速了激子从低维相到高维相的局域化时间。同时,BTF-PPO处理的器件抑制了由离子迁移引起的光谱红移。

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最终,结合BTF-PPO分子处理的多种优势,实现了EQE达到16.6%的高性能的天蓝色PeLED (490 nm), T50达到34.4分钟。

文信息

Chemical Reaction Modulated Low-Dimensional Phase Toward Highly Efficient Sky-Blue Perovskite Light-Emitting Diodes

Bin Wang, Prof. Yan-Hui Lou, Yu Xia, Fan Hu, Yu-Han Li, Kai-Li Wang, Jing Chen, Chun-Hao Chen, Zhen-Huang Su, Xing-Yu Gao, Prof. Zhao-Kui Wang


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202406140


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