Advanced Functional Materials:钾离子诱导结晶生长助力高效稳定蓝光钙钛矿发光二极管

显示技术代替印刷技术成为知识、信息传播的主要途径,已有100多年的历史。尤其是近年来,信息技术的迅猛发展以及人们对显示设备的色彩和显示实用性的追求,推动着显示设备向多功能化和数字化发展。具体来看,现代显示技术正在向着高分辨、高亮度、高色纯度、大尺寸和节能化发展,使得如今的显示器市场日新月异。犹记得童年时期的“大屁股”电视,采用电子束轰击荧光屏上的RBG荧光粉,产生相应颜色的光,实现显示,给儿时的我们带来无穷的欢乐。随后,液晶显示器慢慢进入人们的视野,具有超大屏、曲面异形、超大视角等特点,开创了一个显示无处不在的盛世。近年来,有机发光二极管(OLED)显示以不可阻挡的气势席卷全球终端市场,全面屏、折叠屏、柔性屏等层出不穷,使得手机和平板电脑的显示体验“更上一层楼”。

在OLED发光技术日渐成熟的今天,金属卤素钙钛矿发光材料以其原材料成本低、可溶液法制备、高色纯度、光谱连续可调、以及优异的电荷传输特性,被广泛地应用于发光二极管的制备,成为当今光电领域的研究热点。自2014年第一个可室温下工作的钙钛矿发光二极管(PeLED)问世,经过科研工作者们的不懈努力,红光、绿光、以及近红外PeLED的外量子效率(EQE)均突破了20%,天蓝光PeLED的EQE也突破了12%,显示出其巨大的发展潜力,有望以新一代显示技术的身份走向市场。然而,目前的深蓝光(波长小于470nm)PeLED的器件性能仍然比较低下,光谱稳定性相对较差,严重制约了钙钛矿发光技术在显示领域的发展。

苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)唐建新教授课题组采用钾离子对钙钛矿的生长基底进行界面修饰改性,实现了钙钛矿晶体的可控生长,提升了成膜质量,成功制备了高效稳定的深蓝光钙钛矿发光二极管。他们采用PEDOT:PSS作为PeLED的空穴传输层制备正置发光器件。相比于普通的PEDOT:PSS,采用钾离子(K+)修饰后的PEDOT:PSS大大降低了钙钛矿前驱体溶液的接触角,钙钛矿成膜更加均匀,具有更好的光物理特性,这主要源于更少的钙钛矿晶体缺陷。参考文献和理论计算可得,K+与卤素离子具有很强的离子键作用,可以作用为钙钛矿结晶的晶种,诱导钙钛矿的取向性生长,并通过掠入射X射线衍射谱(GIXRD)得以验证。这种诱导生长不仅提高了钙钛矿薄膜的致密性,减少孔洞和缺陷诱导的非辐射复合,同时也改善了电荷的注入和传输,优化了电子和空穴的平衡,增强了器件的发光性能。最终,他们成功制备了EQE为4.14%的深蓝光PeLED器件,该器件的发光峰为469nm,色坐标为(0.125,0.076),并且器表现出良好的光谱稳定性。研究者认为,钙钛矿的生长界面特性在很大程度上影响着其结晶动力学行为,制约着PeLED发光性能的发展。对此,他们提出的界面修饰策略有效地优化了钙钛矿的结晶过程,简单易行,为PeLED的发展提供了可行的思路。相关工作已在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202006736)上。