InfoMat: 金属卤化物钙钛矿照明与显示——知“蓝”而上

白光发光二极管(LEDs)具有体积小、效率高、能耗低等特点,已经广泛应用于照明和显示领域。白光是一种复合光,通常由二波长光或者三波长光混合而成,如典型的红绿蓝三基色。相比红、绿光,蓝光LEDs作为红绿荧光粉的激发芯片或RGB三基色中的关键光源,在产业界和科研界受到了更广泛的关注。例如,GaN基的蓝光LEDs在2014年获得了诺贝尔奖。因此,探索新型的蓝光材料和LED器件是照明和显示领域重要的研究方向。

近年来,金属卤化物钙钛矿展现出光致发光效率高、发射峰窄、光谱易调和成本低等特点,被认为是照明显示领域的明星材料。然而,蓝光钙钛矿材料与LED器件受限于深能级缺陷和电荷注入困难等问题,研究与发展相对缓慢。因此,文章总结了蓝光钙钛矿材料与器件的最新研究进展,梳理了其材料和器件性能所面临的挑战,展望了其面向照明和显示领域的前景,这将有助于推动其快速发展。

近日,南京理工大学宋继中教授(通讯作者)与曾海波教授(通讯作者)等聚焦蓝光钙钛矿材料和LED器件,总结了该领域的研究进展。首先,通过材料组分工程对实现蓝光钙钛矿的途径进行了系统的分析。其次,梳理了蓝光钙钛矿LEDs的研究进展,并分析和探讨了蓝光器件性能低下的潜在因素。最后,对蓝光钙钛矿LEDs领域面临的挑战与机遇进行了展望,针对蓝光钙钛矿LEDs效率低、稳定性差等关键问题,建议了相应的解决方案。相关成果以题为“Recent advances and prospects toward blue perovskite materials and light-emitting diodes”发表在Wiley新期刊InfoMat。

该综述首先从组分工程调控角度,即A位阳离子、B位掺杂、X位阴离子交换和无铅化等方面总结了蓝光钙钛矿材料的制备方法,并分析了其优势和局限性。不同策略制备的蓝光钙钛矿材料均存在一定的局限性,如准二维钙钛矿很难精确控制层数,往往存在多个发光峰,且发光通常呈天蓝色;X位阴离子交换获得的蓝光钙钛矿材料,容易产生光谱漂移,且在深蓝色区域的发光效率较低。在此基础上,该综述从材料(体相和纳米晶)和器件结构两方面概述了蓝色钙钛矿LEDs的研究进展。在材料方面,目前蓝光钙钛矿准二维薄膜基和量子点LEDs已分别获得6.2%(487 nm)和2.12%(466 nm)的外量子效率;在器件结构方面,载流子平衡和能级匹配能够提高蓝光钙钛矿LEDs的效率。最后,该文总结了蓝光钙钛矿在照明与显示领域面临的挑战和机遇,从材料和器件的角度提出了解决蓝光钙钛矿LEDs效率低和稳定差等问题的思路,这将推动其进一步的发展。