Nano Energy：納米晶體釘扎用于高效有機-無機鹵化物鈣鈦礦發光二極管

【背景介紹】

發光二極管（LED）的材料已經從無機材料開發到有機材料。最近，對于光電子器件已經開發了可溶液加工的有機-無機鹵化物（CH₃NH₃MX₃，CH₃NH₃ =甲基銨（MA），M =金屬，X =鹵素）鈣鈦礦（OHPs），包括太陽能電池和LED。有機無機鹵化鈣鈣鈦礦發光二極管（PeLED）是一個新興的研究領域。為了克服PeLED的有限電致發光效率，應該減少多晶鈣鈦礦膜中的非輻射復合，并且必須提高PeLED中的電子-空穴平衡。

【成果簡介】

近日，國立首爾大學Tae-Woo Lee（通訊作者）團隊研究了通過使用在揮發性非極性溶劑中稀釋電子傳輸有機材料的納米晶體釘扎（A-NCP）工藝來有效地克服上述問題的實際方法。研究發現在不影響本征晶體結構的情況下，A-NCP由于缺陷愈合效應而降低了晶界的有效缺陷密度，提高了輻射復合率。此外，它改善了p型CH₃NH₃PbBr₃基PeLEDs中的電子-空穴平衡，實現了有機-無機雜化鈣鈦礦型PeLEDs中迄今為止報道的最高效率——8.79％。相關成果以題為“Unravelling Additive-based Nanocrystal Pinning for High Efficiency Organic-Inorganic Halide Perovskite Light-Emitting Diodes”發表在了Nano Energy上。

【圖文導讀】

圖1 用于MAPbBr₃膜形成的A-NCP方法的機制

（a）在旋涂過程中小的MAPbBr₃納米晶體生長

（b）MAPBBr₃表面在旋涂過程中用A-NCP處理

（c）TPBI和CF快速蒸發

（d）MAPBBr₃納米晶體生長被TPBI添加劑釘扎

圖2 納米晶體釘扎過程中添加劑的晶粒尺寸效應

（a）障礙效應的圖解 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）CF處理的MAPbBr₃膜的SEM圖像

（c-f）TPBI處理的MAPbBr₃膜的SEM圖像 ? ? ? ? ? ? ? ?（g）粒度分布圖

圖3 TPBI分布情況及穩態PL強度

（a）計算出TPBI分布情況 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）穩態PL強度

（c）TPBI處理的MAPbBr₃的穩態PL測量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（d）PL壽命測量

（e，f）在80K和300K下的PL強度測量

圖4 器件能量圖、電壓特性

（a）用于電子注入效率測量的器件能量圖

（b）電子密度-電壓特性

（c，d）電子注入效率差異的示意圖

（e）僅電子器件的器件結構

（f，g）空間電荷限制電流測量

圖5 TPBI處理的PeLEDs的裝置特性

（a）PeLEDs中電子和空穴平衡的示意圖

（b）亮度電壓特性

（c）外部量子效率-電壓特性

（d）亮度-電流密度特性

【小結】

本研究注意到PeLEDs的常規限制，例如在OHP膜中的低輻射復合速率和陷阱輔助非輻射復合，以及由于p型MAPbBr₃ 性質而導致的器件中空穴累積和激子充電湮滅的不平衡電荷。該工作工作揭示了A-NCP工藝和位于OHP晶界處的電子傳遞小分子的作用，以增加PeLED中多晶OHP膜的輻射復合速率。通過研究表明，A-NCP方法也可以有效地用于制備使用OHPs的其他光電子器件。

文獻鏈接：Unravelling Additive-based Nanocrystal Pinning for High Efficiency Organic-Inorganic Halide Perovskite Light-Emitting Diodes（Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.10.012）

本文由材料人新能源前線Allen供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試、數據分析，上測試谷！