钙钛矿新功能新应用-空穴传输层用于制备高效有机发光二极管

AEMBiwu Ma过去的十来年,薄膜光电器件的研究开发应用可以说硕果累累。基于高分子,有机小分子和量子点的发光二极管(Light Emitting Diodes, LED)已经取得极高的效率和稳定性,而且有些已经商业化应用于显示器和照明。有机太阳能电池的效率也已经从最初的1%提高到了高于12%。所有这些薄膜光电器件都有着相似的层状结构,其中空穴传输层对器件的效率稳定性起着至关重要的作用。一种完美的空穴传输层需要具有合适的能级能带,高的导电性,高效的空穴传输和高效的电子阻挡等性能,同时其原材料和制备过程必须廉价。有机无机杂化钙钛矿作为一种新型功能材料引起全球学界的极大研究兴趣。短短的几年间钙钛矿在太阳能电池,电致发光LED和光致激光研究领域取得了各种突破性成果。钙钛矿领域的研究突破得益于其各种优异的光学和电学性能,包括低温合成和溶液制备,可调控的能带,高效的载流子传输等。这些优异的光学和电学性能也预示着钙钛矿也可以作为一种载流子传输层应用于薄膜光电器件中。

正当全球学者把研究集中在钙钛矿材料光学功能应用上时,佛罗里达州立大学的Biwu Ma教授研究团队另辟蹊径,首次报道了应用钙钛矿薄膜作为空穴传输层来制备高效率的有机发光二极管(OLED)。 该团队应用了溶剂钝化法制备出了平滑的CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜。 这种CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜具有优异的透光性,其高导电性使之可以作为空穴传输层应用于有机LED,量子点LED,有机太阳能电池等薄膜光电器件。相比于传统的空穴传输材料PEDOT:PSS,基于CH3NH3PbCl3钙钛矿的绿光磷光OLED器件拥有更低的工作电压(5.2 V vs 5.9 V),更高的亮度(2400 cdm-2 vs 1400 cdm-2 @ 15V),进而更高的量子效率(7.7% vs 7.0%)和功率效率(7.4 lmW-1 vs 7.0 lmW-1)。这些优异性能和效率的贡献主要来源于CH3NH3PbCl3钙钛矿的宽价带结构,合适的能级结构,高的导电性能和高效的空穴传输性能。该项研究工作发展了一种通过溶液法制备多层结构OLED的新型思路,并且进一步扩展了有机无机杂化钙钛矿作为一种新类型半导体材料在薄膜光电器件中的应用。

相关工作已在线发表于Advanced Electronics Materials (DOI: 10.1002/aelm.201600165)。

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