铅卤钙钛矿半导体因其具有带隙可调、窄带光致发光、高缺陷容限度等优良的光电特性而成为革命性的发光材料。然而，铅卤钙钛矿的稳定性是阻碍其应用的瓶颈。针对这一关键难题，近日，我院院长叶志镇院士团队在纯红光CsPbI3钙钛矿相不稳定、纯蓝光钙钛矿LED电致发光谱不稳定等问题取得了重要进展。
针对纯红光CsPbI3钙钛矿相不稳定问题，团队开发了一种原位反应的多重锚定配体策略来提高CsPbI3 量子点的耐光热性能。利用马来酸酐聚合物（PIMA）与前驱体中的胺发生开环反应，从而在量子点表面提供多个锚定基团，并与量子点紧密配位。纯红光CsPbI3量子点荧光产率接近100%，并且在高达180 ℃的温度下表现出几乎可逆的荧光，使其可以通过热熔挤出工艺与显示屏用扩散板进行集成。基于CsPbI3和CsPbBr3的扩散板可实现高效的颜色转换，用于产生纯红、绿、蓝光发射的光源，实现了130 % NTSC（国际电视标准委员会）超广色域和97% Rec.2020覆盖。研究成果发表于国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》(影响因子16.744)，博士生李红金、高贇为论文共同第一作者，戴兴良研究员、黄靖云教授、叶志镇院士为通讯作者。
针对钙钛矿蓝光LED光谱不稳定这一难题，团队提出了一种空穴传输层修饰的方法，以提高二价离子掺杂钙钛矿薄膜的晶体质量、缺陷密度与覆盖率，实现高效稳定的纯蓝光钙钛矿LED。开发了一种新颖的空穴传输层加工工艺，即在TFB薄膜的表面滴加PVK溶液并静置一段时间后再进行旋涂，以获得非均匀掺杂TFB的PVK空穴传输层薄膜。该薄膜可有效降低钙钛矿前驱体溶液的浸润性，从而调控钙钛矿的原位结晶过程，获得大尺寸晶粒，降低缺陷密度并提高钙钛矿薄膜的覆盖率。所得钙钛矿具有更高的发光效率与更长的载流子寿命。利用该方法制备的Sr2+掺杂钙钛矿纯蓝光器件获得了2.24%的外量子效率，是迄今报道的二价离子掺杂纯蓝光钙钛矿LED的最高值。器件最大亮度可达344 nits，且光色在8V的高偏压下保持稳定。研究成果发表于国际光学领域顶级期刊《Advanced Optical Materials》（影响因子10.050），博士后李静、硕士生张丁烁为论文共同第一作者，戴兴良研究员、何海平教授、叶志镇院士为通讯作者。
图1
图 1. CsPbI3量子点的耐热特性。a )测量装置示意图。采用功率密度为0.5 m W cm - 2的405 nm激光作为激发光源；b ) Control-QDs和PIMA-QDs薄膜在150 oC下加热前(上)和加热后(下)的照片；c ) 在加热和冷却过程中，原位测量Control-QDs和PIMA - QDs薄膜的变温PL效率。d )一片PIMA - QDs薄膜在反复加热和冷却过程中的PL效率恢复柱形图。( e )统计了不同温度下Control-QDs和PIMA - QDs薄膜的PL效率恢复情况统计图。
图2
图2 .PIMA – QDs应用于颜色转换。a )在空气气氛中通过刀片涂覆沉积的面积为15 × 15 cm2的光学薄膜的照片。b )通过热熔挤出工艺将PIMA - QDs集成到聚苯乙烯中的概念演示扩散板。c )由蓝色LED芯片、CsPbI3 -聚苯乙烯扩散板和CsPbBr3 -聚苯乙烯薄膜组成的白光LED的光谱。d )对应于NTSC和Rec.2020标准的CIE色坐标。e ) 在激发密度为50 mW cm - 2的450 nm LED下，PIMA - QDs -聚苯乙烯扩散板的光致发光量子效率变化。f )在85 ° C和85 % RH下，PIMA - QDs -聚苯乙烯扩散板的光致发光量子效率变化。
图3
图3. a)两种不同的空穴传输层工艺示意图。b,c)通过两种不同工艺制备的空穴传输层上的钙钛矿薄膜的SEM图像。d,e) 通过两种不同工艺制备的空穴传输层上的钙钛矿薄膜的AFM图像。
图4
图4. a)LED器件能带示意图。基于两种不同工艺的钙钛矿LED的：b)EL光谱，c)EQE-电压曲线，d)峰值EQE直方图，e)电流密度-电压-亮度曲线。f)基于工艺Ⅱ的LED的电压依赖EL光谱伪彩图。
1. In-situ reacted multiple-anchoring ligands to produce highly photo-thermal resistant CsPbI3 quantum dots for display backlightsHongjin Li#, Yun Gao#, Xingjian Ying, Yifeng Feng, Meiyi Zhu, Dingshuo Zhang, Guochao Lu, Ran Tao, Qiuting Cai, Haiping He, Xingliang Dai*, Zhizhen Ye*, Jingyun Huang*https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.1400382. Hole Transport Layer Modification for Highly Efficient Divalent Ion-Doped Pure Blue Perovskite Light-Emitting DiodesJing Li#, Dingshuo Zhang#, Yun Gao, Xiaohui Wu, Chao Fan, Hongjin Li, Qiaopeng Cui, Xingliang Dai,* Haiping He,* and Zhizhen Ye*https://doi.org/10.1002/adom.202201883
