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國內兩高校教授提出雙配體策略助藍光鈣鈦礦LED性能提升

2020-07-29    

中國照明網報道

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導語: 最近,北京化工大學譚占鰲教授聯合華北電力大學王福芝副教授,提出了一種通過雙配體來改善準二維鈣鈦礦表面配體穩定性,提升薄膜熒光量子產率,進而制備高效藍光鈣鈦礦LED的策略。相關論文在線發表在Small (DOI:10.1002/smll.202002940)上。

  金屬鹵化物鈣鈦礦材料是光電領域的新一代明星材料。由于鈣鈦礦具有易于溶液制備、組分帶隙易調、熒光量子效率高、半峰寬窄和電子-空穴傳輸能力相當等優點而被用于發光二極管作為發光層材料。經過短短幾年的快速發展,紅光和綠光鈣鈦礦LED的性能迅速提升,外量子效率都已超過20%。然而,藍色鈣鈦礦LED是研究的短板,存在光譜不穩定、效率低、穩定性差等問題。在三維鈣鈦礦的基礎上引入有機配體,形成具有層裝結構的準二維鈣鈦礦,利用其量子限域效應是實現藍光發射的一個有效方法。然而,準二維鈣鈦礦的晶粒小,晶界的比例更大,因此晶界處的缺陷對薄膜的熒光強度具有重要影響。如果表面配體與鈣鈦礦結合不牢固,會導致輻射復合的比例下降,薄膜熒光量子產率降低。此外,采用Cl摻雜的準二維鈣鈦礦在電場作用下,容易發生Cl、Br相分離,導致器件的EL光譜發生偏移,嚴重影響器件的穩定性。因此要提升藍光鈣鈦礦LED的性能,就必須克服上述問題。

最近,北京化工大學譚占鰲教授聯合華北電力大學王福芝副教授,提出了一種通過雙配體來改善準二維鈣鈦礦表面配體穩定性,提升薄膜熒光量子產率,進而制備高效藍光鈣鈦礦LED的策略。相關論文在線發表在Small (DOI:10.1002/smll.202002940)上。

苯乙胺基團(PEA)具有較高的三線態能級,激子不易被其捕獲發生淬滅,因此在準二維藍光鈣鈦礦中被廣泛采用。但是作者通過分子動力學計算發現,PEA與CsPbBr2.1Cl0.9鈣鈦礦之間的結合能較低(-3.89eV),引入適量異丁胺基團(iBA)后能夠有效地改善表面配體結合能(-4.44eV),增強了鈣鈦礦薄膜的光學性能。如圖1所示,通過調整PEA與iBA的比例,可以改善薄膜內二維相的比例分布,使得薄膜的熒光量子產率由21%提升至45%。

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圖 1.(a)基于PEA和iBA雙配體的準二維鈣鈦礦結構及能帶變化示意圖,基于不同配體(PEA:iBA)比例的準二維鈣鈦礦的(b)紫外-可見吸收光譜、(c)熒光光譜及(d)光學照片。

通過調控PEA與iBA的比例,可以改善薄膜內二維相的比例分布,合理的相分布可有效提升電子和空穴的注入和傳輸性能。AFM和PL mapping測試表明,雙二維陽離子的引入使鈣鈦礦薄膜的形貌更加平整,發光峰分布更加均勻(集中在475nm),局部發光強度大幅提升。

編輯:嚴志祥

來源:MaterialsViews

標簽:雙配體策略  藍光鈣鈦礦LED  性能提升  

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