新型发光材料——基于纳米结构调控的光色可调有机无机杂化钙钛矿发光二极管

AM-yelixuan2鲜艳绚丽的色彩为我们提供了缤纷美丽的世界。随着科技的进步,人们渐渐把这个世界搬到了显示屏幕里。又随着人们对高生活质量的追求,高分辨率及高色彩纯度的显示也渐渐被人们所要求。现在的彩色显示领域里,无机LED的色纯度高,但是工艺难度也高,更难以大面积制备及实现柔性显示,有机LED有更好的加工窗口,但是色纯度不够高,对未来高色纯度的显示要求无法满足。而有机无机杂化钙钛矿LED则同时具备了两者的优点,既能满足高的色纯度,又能够以溶液加工的形式,实现大面积制备,成为了未来LED的一支生力军。

有机无机杂化钙钛矿发光二极管要能够应用在显示领域,则需要实现发光色彩可调。传统三维有机无机杂化钙钛矿的结构可以简述为ABX3,其中A为有机分子,B为金属,X为卤族元素。对于三维钙钛矿,一般通过调节X位的卤族元素(Cl, Br, I)来实现近红外到紫光的发射,但绿光到蓝光的发射往往通过混掺不同比例的含Cl及Br元素的钙钛矿来实现,相对而言,到目前为止,混参体系的器件效率低下,无法实现高效的蓝光。

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为此,华南理工大学叶轩立教授课题组联合苏仕健教授课题组则另辟蹊径,通过在MAPbBr3的前驱体溶液中加入小分子添加剂(2-phenoxyethylamine, POEA)的方法,调控A位有机分子,调节钙钛矿的纳米结构,同时调节了材料的带隙,从而实现绿光至蓝光的发射。当加入少量POEA时,能够抑制MABr在薄膜中聚集,获得纯的钙钛矿薄膜,同时其氨基一端会铆合在钙钛矿表面,填补了表面缺陷,从而减小发生在钙钛矿表面的非辐射复合,把钙钛矿发光二极管的外量子效率从没有添加剂时的0.06%提高到2.82%,实现了高效的绿光发射。当加入大量的POEA时,POEA中的苯环将由于分子间作用力产生强烈的相互作用,引导钙钛矿的生长,甚至生长出层状的钙钛矿,实现从三维到二维结构钙钛矿的转变。随着二维结构钙钛矿的形成,其带隙将变宽,发光峰将蓝移,从而实现了高效蓝光的发射。其中发射峰位于462nm的钙钛矿发光二极管外量子效率为0.06%,发射峰位于493nm的钙钛矿发光二极管外量子效率达到1.1%,是现阶段基于MA阳离子体系的天蓝光薄膜钙钛矿发光二极管的最高效率。

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最后,纯蓝光发射的二维钙钛矿发光二极管在亮度和外量子效率上仍有很大的提高空间,我们相信通过有机小分子分子结构就够的调控,能够解决上述问题,让二维有机无机杂化钙钛矿发光二极管在蓝光发射上大放异彩。这一相关成果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201603157)上, 文章的第一作者为华南理工大学博士研究生陈梓铭。

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