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浙大金一政&叶志镇院士Sci Adv:基于钙钛矿纳米片构建高性能LEDs

发布时间:2021-10-26



【引言】

研究表明,通过溶液处理的平面钙钛矿发光二极管(LED)为高性能和经济有效的电致发光器件,大面积显示器和发光应用提供了可能性。利用具有高比例跃迁偶极矩(TDMs)的发射层,有望提高平面LED的光耦合。然而,基于各向异性钙钛矿纳米发光材料的LED,由于难以同时控制TDM的方向,实现高光致发光量子产率(PLQYs),难以在组装的纳米结构薄膜中实现高光致发光量子效(EQE<5%)。金属卤化物钙钛矿是一类新兴的溶液处理半导体,具有独特的性质,如高光致发光量子产率(PLQYs)和可调发射波长。自2014年首次报道室温下运行的钙钛矿LEDs(PeLEDs)以来,在器件效率方面取得了显著进展。同时注意到这些最先进的PeLEDs是基于具有各向同性TDMs的薄膜。提高水平定向TDMs的比例有望进一步提高光的外耦合,并提高PeLEDs的外部量子效率(EQEs)的上限。

近日,浙江大学金一政研究员联合叶志镇院士共同通讯作者)报告了一种原位生长的各向异性钙钛矿薄膜的高效LED,同时展示了高水平TDM和高PLQY的效率。在这种钙钛矿纳米片材料中,具有~84%的高面内TDM 比,使得LED的光耦合效率为~31%。相比之下,在相同的器件结构中使用各向同性器件(TDM比率为67%)会将光提取效率限制为~23%。此外,作者发现通过将溴化锂 (LiBr) 引入前驱体溶液中,钙钛矿薄膜的PLQY可以提高到75%以上。这些共同努力使PeLED的EQE达到创纪录的23.6%,这是PeLED中的最高值。相关研究成果以“Efficient light-emitting diodes based on oriented perovskite nanoplatelets”为题发表在Sci. Adv.上。北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

【图文导读】

、原位形成的钙钛矿纳米片膜的结构表征北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

(A)横截面STEM-HAADF图像显示出连续且无孔的钙钛矿层;

(B)放大的STEM-HAADF图像显示钙钛矿纳米片的局部结构;

(C) 典型高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像;

(D)尺寸分布的统计图;

(E)广角X射线散射。

二、钙钛矿纳米膜的光学特性北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

(A)吸收和PL光谱;

(B)与激发强度相关的PLQY;

钙钛矿纳米片薄膜的TDM北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

(A)石英/TFB/PVK衬底上钙钛矿薄膜的角度与PL的关系;

(B)钙钛矿薄膜的BFP图像;

(C)沿BFP图像中的虚线切割的p极化线(灰线);

四、基于钙钛矿纳米片薄膜LED的器件表征北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

(A)EL光谱;

(B)EL强度随角性分布的变化;

(C)器件的电流密度-亮度-电压特性;

(D)器件EQE与电压关系;

(E)来自36个器件EQE的直方图;

(F)模拟结果的等高线图。

【小结】

综上所述,本文展示了控制钙钛矿薄膜的TDM方向克服了具有各向同性期间LED的光输出耦合限制,使得LED具有高达23.6%的EQE。考虑到钙钛矿材料的化学多功能性,本文原位生长纳米片薄膜的简便方法很容易扩展到具有高EQE的不同颜色LED的制造。此外,本文的工作代表了一种简单而有效的方法,利用纳米结构的各向异性光学性质提供性能。

文献链接:“Efficient light-emitting diodes based on oriented perovskite nanoplatelets”(Sci. Adv.202110.1126/sciadv.abg8458 )


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