近日，中国科学技术大学崔林松教授课题组与英国剑桥大学Samuel D. Stranks教授团队合作，开发出一种提升蓝光钙钛矿发光二极管（LED）性能的新策略，成功突破蓝光钙钛矿LED的性能瓶颈，解决了该领域重要难题。相关研究成果以《Efficient blue electroluminescence from reduced-dimensional perovskites》为题，于2024年1月26日在线发表在期刊《Nature Photonics》上。
钙钛矿LED因其优越的发光性能和低成本等优势，成为极具潜力的新一代发光与显示技术。近年来，绿光、红光和近红外钙钛矿LED取得了显著进展，其外量子效率（EQE）均超过20%，可与有机LED和量子点LED相媲美。然而，目前蓝光钙钛矿LED的发展相对滞后，其性能远落后于其他光色的钙钛矿LED，因此高性能蓝光钙钛矿LED的实现是该领域现阶段的瓶颈。
针对以上问题，研究团队设计开发了一种具有共振电子态的多功能有机离子稳定剂双(三苯基正膦基)氯化铵（PPNCl），实现了对钙钛矿相组成和分布的精准调控，抑制了钙钛矿中的非辐射复合通道和离子迁移现象，从而大幅提升了蓝光钙钛矿LED的效率和稳定性（见图一）。
图一：蓝光钙钛矿LED器件结构与性能
PPNCl通过氢键与钙钛矿中的组分相互作用，影响钙钛矿的结晶生长过程，有效抑制了蓝光钙钛矿体系中低维相的形成，并有利于转变为高发光效率的高维相（见图二）。通过瞬态吸收光谱进一步研究薄膜样品的激发态动力学，结果表明PPNCl可以有效地加速低维相向高维相的能量转移过程，抑制低维相中不完全的能量转移和非辐射复合带来的能量损失（见图三）。
图二：PPNCl对钙钛矿薄膜相分布的影响
图三：蓝光钙钛矿薄膜瞬态吸收表征
另一方面，PPNCl分子通过与钙钛矿中的组分形成配位作用和静电作用，成功实现了对钙钛矿薄膜中缺陷的钝化，并有效抑制了钙钛矿薄膜中卤素离子迁移的现象，显著提升钙钛矿薄膜的发光效率和光谱稳定性（见图四）。
图四：PPNCl对蓝光钙钛矿薄膜的调控
得益于PPNCl对钙钛矿相分布、缺陷态和离子迁移的有效调控，成功实现了高效稳定的蓝光钙钛矿LED。器件峰值外部量子效率（EQE）高达21.4%（发射波长483 nm），是目前效率最高的蓝光钙钛矿LED。与此同时，器件的稳定性也实现近30倍的提升。这一创新成果为蓝光钙钛矿LED性能的进一步提升开辟了新的道路，标志着在钙钛矿LED技术领域取得了引人瞩目的进展。
该工作得到了国家自然科学基金、中国科学技术大学“双一流”专项基金、中国科学技术大学微纳研究与制造中心以及中国科学技术大学超级计算中心等支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01382-6
(化学与材料科学学院、精准智能化学重点实验室、中科院软物质化学重点实验室、科研部)