Advanced Materials:基于超低缺陷态钙钛矿量子点的高亮稳定的纯蓝光发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光二极管(PeLEDs)因其色域宽(可达国家电视系统委员会(NTSC)标准的140%)、光谱发射峰窄且整个可见光谱发射峰可调以及较低成本的溶液制备工艺等优点,成为广色域、高性能和超高清显示的理想发光元件之一,引起了广泛关注。近几年随着PeLED关注度的提升和研究的不断深入,PeLED器件性能得到快速提升。目前,最先进的绿光和近红外光PeLEDs的外量子效率(EQE)已经提升至20%以上。但是,PeLED的器件亮度和稳定性依然较差。尤其是蓝光PeLEDs的器件性能表现更加不理想。尽管天蓝色PeLEDs(波长:480-490nm)的EQE已经提升到10%以上,但是不能满足NTSC标准的纯蓝光(波长:460-470 nm)要求。通常利用组分工程和量子限域效应等策略可以获得纯蓝光的金属卤化物钙钛矿。然后,混合卤化素(Br和Cl)的组分会导致晶格失配和相分离等问题。利用量子限域效应,可以通过减小单卤化物(Br)钙钛矿纳米晶尺寸获得纯蓝光发射,如尺寸小于4 nm的CsPbBr3量子点。但是,量子点表面大量缺陷导致其荧光产率低和稳定性差,一直无法获得高性能电致发光器件。目前,纯蓝光PeLEDs的EQE低,亮度不足1000 cd/m2,更为重要的是器件稳定性差,工作半衰期T50通常仅为几秒到十几分钟。因此,实现高性能纯蓝PeLED一直被认为是非常具有挑战的工作。

北京科技大学田建军团队发展了一种酸刻蚀驱动配体交换的方法,在刻蚀掉量子点表面高缺陷八面体的同时,通过交换短链配体与量子点表面形成强配位,进而提升量子点的稳定性和电荷传输性能,获得高质量纯蓝光发射的量子点。基于改进后的量子点,纯蓝光PeLED表现出亮度高、稳定性好等优异性能。相关结果发表在Advanced Materials上。

这项工作首先通过热注入方法获得小尺寸(~4 nm)CsPbBr3量子点。基于量子限域效应,CsPbBr3量子点呈现纯蓝光发射(波长:460 nm)。再引入强酸性HBr蚀刻掉量子点表面具有空位缺陷的不完美[PbBr6]4-八面体,并消除量子点表面多余的羧酸盐配体,这一过程实现了量子点Pb2+和Br平衡配位。在刻蚀的同时,先后引入了双十二烷基胺(DDDAM)和苯乙胺(PEA)与量子点表面原有的长链有机配体进行原位交换,进而与量子点表面形成强的L型配位作用。这一策略显著提高了量子点的稳定性,消除大量缺陷,获得97%的量子荧光产率。随后基于该量子点,本项工作采用全溶液方法制备了电致发光二极管,其电致发光峰为470nm、EQE为4.7%,达到NTSC和Rec.2020标准要求的纯蓝光发射。发光二极管的亮度达到3850cd/m2,且未封装器件的工作半衰期T50达到12小时,这是迄今为止纯蓝光PeLEDs报道中的最高的亮度和最长的工作稳定性。

论文信息:

Perovskite Quantum Dots with Ultralow Trap Density by Acid Etching-Driven Ligand Exchange for High Luminance and Stable Pure-Blue Light-Emitting Diodes

Chenghao Bi, Zhiwei Yao, Xuejiao Sun, Xuecheng Wei, Junxi Wang, Jianjun Tian

Advanced Materials

DOI:10.1002/adma.202006722