?【背景介紹】

根據美國國家電視系統委員會（NTSC）的標準，新一代顯示技術必須具有穩定，高效和純的深藍色電致發光（EL）。然而，對于有機發光二極管（OLEDs）、量子點發光二極管（QLEDs）以及最近的金屬鹵化物鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）而言，這個要求一直都是巨大的挑戰。雖然鈣鈦礦納米晶器件中的鹵化物工程可以在鈣鈦礦材料中實現深藍色發射，但離子遷移和偏析的內在性質導致了其在外部激發下的光譜紅移。近年來，通過引入較大的有機銨（間隔劑）來分離三維無機八面體網絡，人們開發了組件域減小的準二維鈣鈦礦材料。但具有典型間隔基（例如丁胺（BA）和苯乙胺（PEA））的準二維鈣鈦礦薄膜中的低維域是不均勻且不穩定的，且引入量的多少也嚴重制約著器件的性能，這些因素使得其在準2D鈣鈦礦薄膜中控制域分布的調制變得愈發復雜。

【成果簡介】

最近，蘇州大學王照奎教授和廖良生教授團隊合作報道了一種實現準二維鈣鈦礦薄膜精細間隔調制的策略。作者通過在鈣鈦礦前驅體中引入芳香多胺分子，利用低維組件工程，可顯著抑制產生非輻射復合和激子轉移受阻的n₁域，而代表發射物種的n₃域總數顯著增加。優化后的準二維鈣鈦礦薄膜在n₃域（峰值465 nm）處呈現藍色發射，光致發光量子產率（PLQY）高達77%。而其相應的鈣鈦礦發光二極管能夠穩定地發射深藍光，外部量子效率（EQE）高達2.6%。這項工作為進一步了解準二維鈣鈦礦的結構和發射特性奠定了基礎，為設計深藍發射鈣鈦礦材料開辟了新途徑。相關成果以“Optimization of Low-Dimensional Components of Quasi-2D Perovskite Films for Deep-Blue Light-Emitting Diodes”發表于Adv. Mater.期刊上。

?【圖文導讀】

?圖一

（a）P-PDAPbBr₄和PEA₂PbBr₄薄膜的掠射角x射線衍射（GIXRD）；

（b）P-PDABr₂和P-PDAPbBr₄的紅外光譜；

（c）P-PDABr₂和P-PDAPbBr₄粉末的核磁共振氫譜；

（d）二維鈣鈦礦（n = 2）與不同間距的結構、相互作用及變更示意圖。

圖二

（a~b）樣品P1-P5的吸收光譜及其對應的PL光譜；

（c）P1-P5薄膜照片及PLQY；

（d）P2薄膜在高溫、潮濕和紫外光輻射下的穩定性測試；

（e）從（d）中提取的發射峰值和FWHM變化；

（f）P2-P4薄膜的TA光譜；

（g）根據TA光譜中GSB的強度，不同域的激子貢獻不同。

?圖三

（a）低維組件工程原理圖；

（b）三種LCE薄膜的吸收光譜和PL光譜，其中不同量的P-PDABr₂被PEABr取代，并標記為P2m1、P2m2、P2m3；

（c）P2m1、P2m2、P2m3膜對應的TA譜；

（d）（c）中n₁、n₂和n₃域的衰變動力學；

（e）從（b）積分的激子峰（n₂ / n₁）的比例與在n₁域激發態下的總數減少時間的比例，以及各種薄膜的PLQY；

（f）紫外光照射激發下P2m2薄膜的照片。

圖四

（a）P-PDAPbBr₄的吸收、PL和PLQY性質；

（b）P-PDAPbBr₄薄膜的歸一化溫度相關PL譜；

（c ~d）P2和P2m2樣品光致發光激發光譜和激發相關PLQY偽彩圖；

（e）P2和P2m2薄膜的域分布、激子轉移和發射特性。

圖五

（a~b）深藍色LED的橫截面TEM圖及其相應的能級校正；

（c）最佳預成型LED的J-V-L曲線；

（d）電流效率和EQE與電壓的關系曲線；

（e）不同偏置電壓下的EL譜；

（f）該器件的CIE 1931色坐標；

（g）在0.35 mA cm^-2（峰值EQE）下隨時間變化的EL譜；

（h）在0.35 mA cm^-2的恒定驅動電流密度下，深藍色LED的使用壽命的測量。

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【小結】

綜上所述，這項工作揭示了影響二維鈣鈦礦薄膜中低維域非理想穩定性的因素。作者通過采用一種新的有前景的與無機層具有很強的結合力的間隔分子，將其用于固定準2D鈣鈦礦薄膜中的域分布。此外，作者還建立了一個混合間隔系統來可控地調節域的數量，從而顯著抑制了具有嚴重非輻射復合和激子轉移受阻的n₁域，同時增加了n₃域（發射物種）的數量而沒有出現副產物較高的n域。如此優異的域構成成分導致激子的快速和完全轉移，經過優化的2D鈣鈦礦薄膜可實現理想的n₃域的獨立發射，其PLQY高達77％。作者基于該薄膜所制備的LED表現出穩定的深藍色發射，并具有固定的EL峰和FWHM。其 CIE坐標（0.145，0.052）完全符合NTSC標準的藍色要求，且獲得的EQE是發出深藍光的全溴PeLED的最高結果之一。這項工作為設計穩定的高PLQY的深藍色準二維鈣鈦礦電致發光材料提供了指導，同時也為其他類型的應用開發提供了可能。

文獻鏈接：Optimization of Low-Dimensional Components of Quasi-2D Perovskite Films for Deep-Blue Light-Emitting Diodes（Adv. Mater. 2019, 1904319）

本文由我亦是行人編譯。

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