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中国科大在制备大面积天蓝光钙钛矿 LED 领域中取得重要进展

2 月 26 日消息,据中国科大官网发布,中国科学技术大学物理系、中科院强耦合量子材料物理重点实验室的肖正国教授研究组在制备大面积天蓝光钙钛矿 LED 领域中取得重要进展。该研究团队通过刮涂过饱和的钙钛矿溶液来调控成核生长过程,成功制备出了大面积、高效率的天蓝光钙钛矿 LED,向钙钛矿 LED 照明的商业应用迈进了重要一步。相关成果以“Large-area and efficient sky-blue perovskite light-emitting diodes via blade-coating”为题,于 2 月 18 日发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上。

金属卤化物钙钛矿 LED 具有良好的导电性,在较低电压下能够实现很高的发光亮度,是下一代节能照明的理想之选。目前,红光和绿光钙钛矿 LED 的效率都很高,但是白光照明中必不可少的天蓝光 / 蓝光钙钛矿 LED 的效率比较低,这主要是因为天蓝光 / 蓝光钙钛矿薄膜的结晶过程更难控制,造成薄膜质量比较差。目前,还没有大面积的天蓝光钙钛矿 LED 的相关报道。

图 1,刮涂过饱和溶液的结晶示意图(a),以及钙钛矿薄膜的 AFM 图(b)。小面积 PeLED 器件(0.04 cm2)的 JV 及 EQE 曲线(c),EL 谱图及 CIE 图(d)。e, 大面积钙钛矿薄膜的 PL 照片。f,大面积 PeLED 器件(28 cm2)工作时的照片。

肖正国课题组在刮涂制备大面积、高效率红光钙钛矿 LED 的工作基础上(Nat. Commun.12, 147, 2021),调整钙钛矿的组分为 CsPb (Br0.84Cl0.16) 3,并加入额外的卤化胺添加剂来限制钙钛矿晶粒的生长并钝化缺陷,实现天蓝光发射。同时,用 DMF 部分代替 DMSO 得到更易挥发的、过饱和的钙钛矿前驱体溶液,在刮涂过程中,钙钛矿晶核会从过饱和溶液的内部直接析出,这能有效地增加晶核密度并缩短晶核生长的过程,从而制备出均匀致密、小晶粒的钙钛矿薄膜,如图 1a, b 所示。刮涂法制备出来的天蓝光钙钛矿 LED 的外量子效率达到 10.3%,EL 峰位为 489 nm, 色坐标为(0.071, 0.294)。同时,大面积钙钛矿 LED(28 cm2)的发光均匀性和亮度都很好。

中国科学技术大学物理系肖正国教授为该论文的通讯作者,物理系博士研究生储胜龙为该论文的第一作者。本项研究得到国家自然科学基金委、中科大人才团队项目以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

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