长春应化所在全溶液加工钙钛矿量子点发光二极管的研究中取得新突破

钙钛矿量子点因其优异的光电性能，在发光二极管（PeLED）方面展现出诱人的的应用前景。目前，以钙钛矿量子点为发光层制备的PeLED器件已取得了非凡的成就，并在照明、广色域显示等领域展现出巨大的应用潜力。虽然钙钛矿发光层能通过旋涂等溶液加工的方法制备而成，但在钙钛矿上层制备电荷传输层往往是通过真空热蒸镀实现的。因为使用极性溶剂在钙钛矿上层加工会导致发光层的快速猝灭，而使用非极性溶剂则会导致量子点薄膜再溶解，这使得全溶剂加工的钙钛矿量子点器件难以实现。

近期，中国科学院长春应用化学研究所稀土国家重点实验室程子泳研究员（点击查看介绍）、林君研究员（点击查看介绍）联合高分子物理与化学国家重点实验室丁军桥研究员（点击查看介绍）采用配体交联的策略，成功实现了基于钙钛矿量子点PeLED器件的全溶液加工。共轭亚油酸（CLA）具有与传统油酸配体相似的长烷基链结构，末端都具有羧基，能够有效保证量子点胶体稳定性。此外，CLA还具有共轭双烯键，将赋予材料交联聚合的性能。钙钛矿量子点可以作为产生自由基的光引发剂，在光照下，CLA能够将邻近的量子点相互连接，形成交联的网络结构。交联后的量子点薄膜不再溶解于非极性溶剂中，因此能通过溶液加工方法在钙钛矿上层加工电荷传输层。

图1. 全溶液加工PeLED的流程图

交联后，量子点仍能维持其初始的形貌和晶体结构，且荧光性能出现一定增强。通过结合理论计算我们发现，交联后的CLA配体能更好的与CsPbBr₃晶体表面相结合，其结合能由0.91 eV提升至9.15 eV。由于传统油酸配体极易脱附于钙钛矿表面，造成较差的稳定性，交联后CLA与钙钛矿之间结合能的增强，能极大提升量子点的稳定性。将量子点薄膜浸泡在水中3 h后，其荧光仍有初始值的60%以上，将交联后的量子点存储于空气中一个月后，其荧光强度仍有初始值的80%。

图2. (A)CLA配体交联前和(B)交联后与CsPbBr₃晶体表面相结合的示意图；(C)500 nm厚的交联和非交联的钙钛矿量子点薄膜在水中荧光强度的变化；(D) 500 nm厚的交联和非交联的钙钛矿量子点薄膜室温放置于空气中荧光强度的变化

通过SEM和AFM表征证明了使用非极性溶剂在钙钛矿薄膜上层加工电荷传输层，其初始的膜形态仍能得到有效保留，且溶液加工的电荷传输层仍具有较理想的薄膜形态。利用交联后量子点薄膜不溶于非极性有机溶剂的特点，成功地制备了全溶液加工的PeLED器件，其中以CsPbBr₃量子点为发光层的绿光器件最高的亮度2470 cd/m²，以CsPbI₃量子点为发光层的红光器件最高的外量子效率2.67%。该方法为进一步实现低成本高效率光电器件的全溶液加工具有一定的启发性。

相关成果发表于J. Phys. Chem. Lett.，韦祎博士和李雪飞博士为本文共同第一作者。

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In Situ Light-Initiated Ligands Cross-Linking Enables Efficient All-Solution-Processed Perovskite Light-Emitting Diodes

Yi Wei, Xuefei Li, Yeqing Chen, Ziyong Cheng, Hui Xiao, Xinke Li, Junqiao Ding, Jun Lin

J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 1154-1161, DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b03775

导师介绍

程子泳

https://www.x-mol.com/university/faculty/47833

林君

https://www.x-mol.com/university/faculty/15805

丁军桥

https://www.x-mol.com/university/faculty/15727