深圳大學AFM報道: 基于鹵化物鈣鈦礦和硫族化物量子點發射極的電壓調制多色電致發光器件
【背景介紹】
電致發光(EL)器件是一種重要的固態光源,目前主要用于顯示、照明和傳感等領域。近年來,金屬鹵化物鈣鈦礦因其具有高光致發光(PL)量子產率、良好的載流子遷移率、優異的色純度、可見色可調性和廉價的制備工藝等獨特特性,具有非常大的潛力應用于EL器件領域。雖然通過改變鈣鈦礦材料中鹵化物成分或調節幾何尺寸可以實現對紫外到近紅外的顏色調節,但是目前的鈣鈦礦LEDs都是只能發射單色光。然而,在我們的日常生活中,多色彩對于顯示、裝飾或顏色匹配是必不可少的。為了實現全彩色的應用,一個像素中必須使用紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)三個獨立的發光二極管顯示單元。但是在溶液處理的LEDs中,橫向或垂直地通過疊加三色發光二極管的制造過程復雜且耗時。因此,迫切需要在單個器件上制造一種能夠通過電流或電壓控制而發出多種顏色的顯示技術。
之前,科學家已經嘗試了制造基于有機發光二極管(OLED)的多色EL器件。顏色可調的OLED存在以下明顯缺點:(a)顏色可調范圍很窄;(b)由于有機發射體的寬帶發射,導致色純度不高;(c)堆疊結構中的復雜結構以及理想的正交溶劑的稀缺阻礙了溶液工藝的制造;(d)由于有機材料的較差的載流子遷移率,所以顏色轉換時間較為較慢。
【成果簡介】
基于此,深圳大學張建鋒博士后(第一作者)及李貴君教授和徐平教授(共同通訊作者)報道了一種能夠通過控制外部電壓而讓單個器件發出多種顏色光的顯示技術。通過合理的設計能帶結構調制和控制載流子的傳輸特性,制造出了基于無機鹵化物鈣鈦礦和硫族化合物量子點的可控電壓調制的多色電致發光(EL)器件。該器件具有寬廣的色彩調整范圍、高的色彩可逆性和超快的色彩切換能力。此外,作者還研究了電壓調制多色發光的機理,并通過激子復合區隨驅動電壓的變化進行了解釋。總之,該工作為制造具有高性價比、高分辨率、全彩顯示器和以人為中心的照明設備提供了新的方法。該研究成果以題為“Voltage-Dependent Multicolor Electroluminescent Device Based on Halide Perovskite and Chalcogenide Quantum-Dots Emitters”發布在國際著名期刊Adv. Funct. Mater.上。
【圖文解讀】
圖一、器件結構及其光學性能
(a)多色鈣鈦礦電致發光器件的示意圖;
(b)具有多個發射層的器件能帶結構;
(c)紅色、綠色和藍色發射層的吸收和PL光譜;
(d)單個發射層器件的EL光譜。
圖二、電壓控制的多色發射
(a-d)切換綠-藍、紅-綠和綠-紅-藍設備的EL光譜,以及它們在CIE圖中的連續顏色變化;
(e)綠-藍(G-B)、紅-綠(R-G)器件的CTIs;
(f)在不同施加電壓下的雙色(G-R、G-B)和三色(G-R-B)設備的照片。
圖三、色度調節機制
(a)紅-綠器件在不同電壓下的CE和μred QDs。
(b)在不同電壓下,紅色和綠色發射的電流產率;
(c)具有不同界面層器件的I520/I624值;
(d)具有不同紅色QDs厚度器件的I520/I624值。
圖四、色彩切換性能
具有不同鈣鈦礦發射層的紅-綠色器件的I520/I624遲滯曲線。(a)CsPbBr3:AVAB、(c)CsPbBr3/TOPO和(e)CsPbBr3:AVAB:K+/TOPO。 (b)、(d)和(f)是上述設備的相應CIE圖。
圖五、施加電壓后的色彩切換性能
(a-b)施加的電壓的波形圖。0-6 V和2-6 V分別用于暗-綠光和紅-綠的色彩切換;
(c, e, g))原始CsPbBr3、CsPbBr3:AVAB和CsPbBr3:AVAB:K+/TOPO器件的暗-綠色切換的時間分辨EL圖;
(d, f, h)原始CsPbBr3、CsPbBr3:AVAB和CsPbBr3:AVAB:K+/ OPO器件的紅綠色切換的時間分辨EL圖。
【總結】
綜上所述,作者展示了基于Cs基鹵化物鈣鈦礦和硫族化物QDs的多層發射層的電壓可控多色LEDs。可以在從紅色到綠色(R-G)、綠色到藍色(G-B)或紅色到綠色到藍色(R-G-B)的廣泛顏色范圍內調控顏色。通過控制主要復合區的移動,研究并解釋了色度調節的機理。能帶在導帶和價帶處的電勢差以及不同發射層的載流子傳輸特性在顏色可調性中起著至關重要的作用。因此,通過對能帶匹配和載流子傳輸的控制有助于合理設計顏色可調的EL器件。通過適當的體積和表面鈍化,顏色可調器件具有良好的顏色可逆性和超快的顏色切換能力,為高分辨率連續顯示、照明、傳感和通信等高級應用提供了理論技術支持。
文獻鏈接:Voltage-Dependent Multicolor Electroluminescent Device Based on Halide Perovskite and Chalcogenide Quantum-Dots Emitters(Adv. Funct. Mater., 2019, DOI:10.1002/adfm.201907074)
通訊作者簡介
深圳大學李貴君教授課題組致力于多功能光電子器件、顯示技術和光伏技術的研究,2019年來,在全無機量子點發光二極管(ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 11119-11124)、多功能光電子器件(Adv. Funct. Mater. 2019, 1807894)、鈣鈦礦圓偏振光源(Adv. Funct. Mater. 2019, 1903155)方面取得了階段性的成果。
課題組單獨或聯合香港科技大學常年招聘鈣鈦礦/量子點發光器件和高效太陽能電池方面的博士后,歡迎聯系。
本文由CQR編譯。
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