Nano Lett.: 高效率和空氣穩定的具有全無機異質結構的鈣鈦礦量子點二極管

【引言】

有機無機雜化鈣鈦礦材料由于低成本和可大規模制備引起了人們的關注。在太陽能電池領域的效率的已經超過了20%，但應用于LED器件運行穩定性阻礙了鈣鈦礦材料LED的發展。全無機鈣鈦礦材料由于其更高的穩定成為備選。在PeLED中使用載流子注入聚合物和小分子，由于自身的不穩定性，將會不可避免的降低器件的長期運作發光性能。因此選擇合適的載流子注入材料是必要的。

【成果簡介】

為了解決PeLED的發光效率和運行穩定的問題，鄭州大學李新建教授、吉林大學張源濤教授和中國科學院長春光學精密機械與物理研究所單崇新（共同通訊作者）課題組設計了以無機鈣鈦礦量子點作為發光層，n-type MgZnO 和 p-type MgNiO作為注入層，通過Mg摻雜和厚度優化注入層進行能帶調節，實現了最大亮度為3809 cd / m²，發光效率為2.25 cd / A和外部量子效率為2.39％的PeLED，與報道的CsPbBr 3 QD LED的最高結果相當。未封裝的連續電流模式的PeLED證明了對水和氧降解的顯著的操作穩定性。在直流偏壓（10.0V）下連續操作10小時后，接近80％的原始效率，大大優于參考和其它以前報道的用常規有機載體注入層構造的LED器件。

【圖文導讀】

圖1.全無機鈣鈦礦量子點表征圖

(a).?CsPbBr₃量子點TEM，高分辨顯示晶格間距是0.58nm

(b).?CsPbBr₃量子點尺寸分布圖

(c). CsPbBr₃量子點EDS能譜

(d). CsPbBr₃量子點的XRD

(e). CsPbBr₃ QDs, n-MgZnO, and p-MgNiO films的吸收光譜CsPbBr₃ QDs 的熒光光譜

(f). CsPbBr₃量子點的時間分辨熒光壽命衰減譜

?圖2.CsPbBr₃的光學性質

(a).?CsPbBr₃量子點溫度相關的熒光譜圖

(b).?在300和120K下CsPbBr₃量子點的積分PL強度和激發功率之間的關系

(c). 積分PL強度

(d). CsPbBr₃量子點的fwhm與溫度倒數的函數。

圖3.全無機鈣鈦礦LED結構設計示意圖

(a). 在每個步驟之后制造PeLED的處理程序和相應的頂視圖SEM。

(b). 器件示意圖

(c). ?p-MgNiO / CsPbBr ₃ / n-MgZnO / n +-GaN異質結二極管。

(d). 簡化能帶顯示相對于真空能級的傳導和價帶能級的多層異質結構的取向。

?圖4. PeLED穩定性測試

(a). 在8.0V直流偏壓下的PeLED的RT EL強度的時間依賴性（30分鐘）。插圖顯示了EL的響應在8.0V（每個開關之間為100μs）的四個接通/關斷脈沖的強度。

(b). 研究的PeLED的發射強度和三個參考PeLEDs作為連續偏置10.0V下的運行時間的函數。插圖顯示了PeLED的相應照片不同的運行周期。

(c). 在相同偏差下不同運行時間后獲得的研究的PeLED的EL光譜的演變測量條件。

【展望】
高效率和空氣穩定性是PeLED的發展主要的技術瓶頸。本文獻報道全無機鈣鈦礦LED的載流子注入層優化使得PeLED在不封裝的情況下具備高亮度和高效率以及空氣穩定性,將實際應用向前推進一步，隨著研究進一步深入，相信PeLED的產業化時代即將到來。

文獻鏈接：High-Efficiency and Air-Stable Perovskite Quantum Dots Light-Emitting Diodes with an All-Inorganic Heterostructure（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04116）

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