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中國華南理工大學材料科學與工程學院發光材料與器件國家重點實驗室蘇仕健教授團隊,基於室溫合成法製作出混合鹵素CsPb(BrCl)3量子點,透過有機小分子BOCzPh後鈍化處理量子點溶液,做出高效深藍光發光二極管。金屬鹵化物鈣鈦礦材料由於有高載流子遷移率、優異色純度、高螢光量子產率和窄半峰寬等優點而備受關注。
鈣鈦礦發光二極體(PeLED)透過平衡載流子注入、金屬離子摻雜、有機配體表面缺陷鈍化和尺寸工程,取得巨大進展。最先進綠光、紅光和近紅外PeLED外量子效率(EQE)超過20%。
實際應用,需高效深藍色達到高解析度、寬色域顯示,然而鈣鈦礦藍光材料效率卻遠遠落後。儘管藍光PeLED的EQE超過10%,但相應發射光譜集中天藍色區域,國際照明委員會(CIE)色座標的y值低於0.10的PeLED性能有限,故開發高效且光譜穩定深藍光PeLED的方法迫在眉睫。
團隊開發後鈍化處理鈣鈦礦量子點溶液的策略,量子點溶液加入π共軛的有機小分子BOCzPh取代阻礙電荷傳輸的長鏈配體,達到光譜穩定且高效的深藍光PeLED。
配體與量子點相互作用機理及光物理表徵分析表明,BOCzPh分子引入可提高鈣鈦礦晶格鹵素空位形成能,抑制載流子非輻射複合。引入BOCzPh分子後可獲更光滑均勻的鈣鈦礦薄膜。由於BOCzPh分子附著量子點表面,π共軛供體─受體結構有效改善薄膜載體子傳輸性能。最後獲發射峰為469奈米、峰值外量子效率2.8%、最大亮度851cd m-2的深藍光PeLED。
a.) 原始(W/O)和 b.) 後鈍化處理(W/BOCzPh)鈣鈦礦量子點薄膜在80K~300K範圍內測量的PL光譜。c.) 對後鈍化處理的鈣鈦礦量子點薄膜,在幾個代表性位置採集的瞬態吸收(TA)光譜的探針延遲。d.) 原始和 e.) 後鈍化處理的鈣鈦礦量子點薄膜的溫度依賴性PL強度的相關積分及Eb擬合曲線。f.) 470奈米處探測原始和後鈍化處理的鈣鈦礦量子點的TA動力學曲線(歸一化)。
a.) PeLED器件的器件結構。b.) PeLED的電流密度和亮度與偏壓的關係。c.) PeLED 的EQE與電流密度的關係。d.) PeLED在3.6 V電壓下的EL光譜。e.) 基於2% BOCzPh: CsPb(BrCl)3 QDs器件不同電壓下驅動的EL光譜。f.) 基於2% BOCzPh:CsPb(BrCl)3 QDs器件CIE座標,內插圖為運行中PeLED照片。
用剛性π共軛配體部分取代傳統長鏈絕緣配體,多苯環結構的BOCzPh分子附著量子點表面,提高鈣鈦礦薄膜的載體傳輸能力,同時抑制量子點晶格鹵素產生空位,為實現光譜穩定高效的深藍光PeLED提供新方法。(來源:華南理工大學)