Small Structures:基于微纳结构的钙钛矿发光器件

金属卤化物钙钛矿(MHP)材料因其具有带隙可调、溶液可加工性、良好的缺陷容忍度、高色纯度和光致发光量子效率等优良特性迅速成为了最具前景的光电材料之一,在钙钛矿发光二极管(LED)和激光(Laser)领域得到了广泛的关注。近年来,钙钛矿LED的外量子效率(EQE)得到了迅猛发展,绿光、红光和近红外光器件的EQE均已超过了20%,并且蓝光和白光的钙钛矿LED的EQE超过了12%,为MHP材料在未来显示领域发展奠定了基础。此外,钙钛矿Laser的研究也逐渐深入,特别是在连续光泵浦激光方面的巨大进展,为实现溶液加工的电泵浦Laser带来了曙光。随着钙钛矿发光技术的不断发展,合理的微纳结构已被证明是一种简单有效的光学管理策略,对优化MHP材料发光特性起到了举足轻重的作用。值得一提的是,微纳结构的加工成本较低,使得钙钛矿LEDs和Lasers在集成光学领域具有广阔的应用前景。

近日,华东师范大学李艳青教授和苏州大学唐建新教授课题组在Small Structures上系统性地总结了多种具有代表性的光学微纳结构的研究进展,讨论了这些微纳结构在MHP材料及其发光器件中的实际应用,并且提出了微纳结构在未来钙钛矿发光应用中的关键挑战和发展前景。

本文首先系统地介绍了四种不同结构的钙钛矿发光光学微纳结构的研究进展,包括金属纳米粒子、一维布拉格光栅、周期性/准随机的二维光学纳米结构以及化学合成的MHP纳米晶体,综述了上述微纳结构对应制备工艺的发展现状。接下来,详细讨论了近年来微纳结构在钙钛矿LED和光泵Laser中的实际应用,具体包括:(1)引入金属纳米粒子利用局域表面等离子体共振诱导MHP发射体的光致/电致发光增强;(2)采用合适的光学微纳结构,如一维光栅、二维光子晶体、准随机波纹纳米结构等,改善钙钛矿发光器件的光外耦合,从而获得高效的钙钛矿LED;(3)通过合适的微纳结构形成各种光学微腔,包括化学合成的MHP纳米晶体自身形成的本征钙钛矿腔、加工成不同几何形状甚至阵列状的加工钙钛矿腔,以及一维布拉格光栅、二维光子晶体和分布式布拉格反射镜形成的外辅助腔,实现低阈值、高Q因子的钙钛矿Laser。最后,基于对当前该领域研究工作的总结,本文提出了微纳结构在未来MHP发光应用中面临的挑战,并对该方向的发展前景进行了展望。

论文信息:

Micro-Nanostructure-Assisted Luminescence in Perovskite Devices

Ying-Yi Tang, Yang Shen, Jing-Kun Wang, Xiao-Yan Qian, Ming-Lei Guo, Yan-Qing Li*, Jian-Xin Tang*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100084

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100084