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Nano Letters:高效稳定的全无机钙钛矿LED

近几年,有机/无机杂化钙钛矿材料在光电器件领域的潜在应用开始引起人们的广泛关注,尤其是在新型太阳能电池领域。但是,受限于钙钛矿薄膜较差的成膜特性以及相对较低的荧光量子效率,其在发光、显示以及激光领域的发展一直比较缓慢。同时,稳定性不高也一直制约着有机-无机杂化钙钛矿材料在光电器件中的应用。为了克服以上困难,研究人员尝试采用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点作为发光层来改善器件的发光性能。该新型量子点体系采用简单的低温溶液方法制备,荧光量子效率超过80%,较传统的镉系量子点具有更高的发光纯度。

图1:(a)上方为p-MgNiO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN异质结器件的制备流程图,下方为每一层所对应的扫描电子显微镜表面形貌图;(b)器件结构示意图;(c)整个器件结构的断面扫描电子显微镜照片;(d)该多层异质结够的简化能带示意图。


众所周知,工作稳定性是衡量LED性能的重要指标之一,也是目前限制钙钛矿基光电器件走向应用的关键。而目前已报道的钙钛矿基LED均是采用有机或聚合物材料作为电荷注入层,其本身的不稳定性不利于器件在大电流下的长时间工作。郑州大学材料物理教育部重点实验室的史志锋副教授等人创新性地采用无机氧化物半导体作为电荷注入层,首次制备出基于CsPbBr3量子点的全无机异质结构(p-NiMgO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN),该器件的亮度可达3809 cd/m2,外量子效率约为2.39%。该器件结构既可以充分发挥CsPbBr3量子点材料高光学增益的独特优势,又能结合Zn(Mg)O、Ni(Mg)O系薄膜材料工艺成熟、导电稳定和结晶特性良好等优点,对于新型钙钛矿LED的研制及其电致发光的物理机制研究具有重要意义。更重要的是,所制备的多层异质结构器件在无封装、空气环境条件下,可在直流驱动下连续工作10小时以上,其工作稳定性要大大优于采用传统聚合物材料(如PCBM、PEDOT等)作为载流子注入层的钙钛矿LED报道,这对于未来高稳定性钙钛矿基LED的设计与发展提供了新的思路,有望推动其产业化进程。

图2:(a)工作电压为8伏时,钙钛矿LED的发光强度随时间的变化;(b)钙钛矿LED连续工作10小时下的发光强度衰减曲线,插图显示在不同工作时间内的器件发光照片;(c)钙钛矿LED连续工作10小时内电致发光谱的演变。


这一成果近期发表在国际权威期刊Nano Letters上,文章的第一作者是郑州大学的史志锋副教授,通讯作者为郑州大学的单崇新教授和李新建教授。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及郑州大学优秀青年教师发展基金等项目的支持。


该论文作者为:Zhifeng Shi, Ying Li, Yuantao Zhang, Yongsheng Chen, Xinjian Li, Di Wu, Tingting Xu, Chongxin Shan, Guotong Du

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

High-Efficiency and Air-Stable Perovskite Quantum Dots Light-Emitting Diodes with an All-Inorganic Heterostructure

Nano Letters, 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04116


史志锋博士简介



史志锋,男,1987年生。2015年获吉林大学博士学位,所学专业为微电子学与固体电子学。2015年8月至今在郑州大学材料物理教育部重点实验室工作。研究方向为新型钙钛矿基光电器件,包括发光二极管、光电探测器和激光器等。在Nano LettersNanoscaleJournal of Materials Chemistry CScientific Reports以及Applied Physics Letters等国际权威期刊上已发表SCI学术论文50余篇,其中以第一作者身份发表SCI学术论文19篇,中科院一区论文5篇,二区论文14篇,并有3篇SCI文章被选为杂志封面。申请发明专利4项。


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