钙钛矿发光二极管(PeLED)因其性能优异、可溶液加工、发光色纯度高且光谱可调等优点而得到广泛关注。通过研究者的不懈努力,目前已在蓝光、绿光、红光及近红外光谱区间成功实现高效PeLED,彰显出PeLED在全彩显示与固态照明中的应用潜力。然而,钙钛矿材料对水分的高度敏感性导致其加工环境受到严格限制:目前绝大多数PeLED器件仍需在惰性气氛(如氮气手套箱)中制备,以避免材料受环境湿度影响而发生降解。尽管该策略可有效保障器件性能,但严苛的制备条件显然不利于生产成本的降低。因此,开发低成本PeLED制备工艺对推进其应用具有重要意义。
鉴于此,西北工业大学材料学院纳米能源材料研究中心佟宇/王洪强教授等人通过引入三氟乙酸甲脒(FATFA)调控准二维CsPbBr3钙钛矿的结晶和载流子复合,成功在空气氛围下制备出高性能PeLED。研究表明,TFA阴离子主要作用在于加速钙钛矿在空气环境中的结晶过程,这有助于抑制环境水分对钙钛矿破坏产生的缺陷;FA阳离子可以取代Cs阳离子进入钙钛矿晶格以进一步降低缺陷密度。得益于上述有利效果,空气中制备的准二维CsPbBr3钙钛矿薄膜质量和载流子复合特性得到显著优化,使PeLED性能明显提高,展现出16.01%的最大EQE和接近33000 cd m-2的最大亮度,器件稳定性亦得到改善,是目前报道的空气中制备的性能最佳的绿光PeLED。相关工作以“Regulating Crystallization and Carrier Recombination of Quasi-2D Perovskite for Efficient Air-Processed Light-Emitting Diodes”为题发表在国际著名学术期刊《Nano Letters》上。论文第一作者为西北工业大学材料学院佟宇教授和材料学院硕士研究生王一博(导师:佟宇教授),通讯作者为西北工业大学佟宇教授、王昆副教授(微电子学院)和王洪强教授。

图1.FATFA对钙钛矿结晶过程的调控

图2.FATFA对钙钛矿薄膜载流子特性的调控

图3.FATFA与钙钛矿成分之间的相互作用

图4.FATFA对PeLED效率和稳定性的提升效果
论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00165
(图文:佟宇;审核:禹亮)