黄维院士、王建浦教授：卤素分布均匀化实现高性能蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光二极管（LED）具有可低温溶液制备、高效率、高亮度等优点，在照明与显示领域具有很大的应用潜力。目前，近红外和绿光钙钛矿已经实现了高亮度下的高效率器件，然而蓝光和红光器件的亮度还较低，限制了钙钛矿LED在全色显示领域的应用。通常有两种方法可以实现蓝光钙钛矿，一种是基于低维钙钛矿材料的量子限域效应，但是这类材料的导电性差、在高激发强度下的效率滚降严重，不利于实现高亮度器件；另一种是基于氯溴混合的三维钙钛矿，但是混合卤素钙钛矿的相分离问题制约了器件效率和稳定性的提升。因此，如何实现高亮度、发光稳定的蓝光钙钛矿LED仍是亟待解决的难题。

鉴于此，西北工业大学黄维院士和南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授团队与剑桥大学Richard H. Friend教授和Rachel A. Oliver教授课题组合作，利用高分辨的阴极发光显微技术揭示混合卤素钙钛矿的相分离始于制备的初始薄膜存在的纳米尺度的相分离（图1）。并且，通过用质谱分析前驱体溶液，发现初始薄膜的纳米尺度相分离是由前驱体溶液中卤素分布不均匀引起的。通过引入一种阳离子表面活性剂（四苯基溴化膦，TPPB），并结合非离子表面活性剂Tween，可以显著提高混合卤素在钙钛矿前驱体溶液中的分布均匀性（图2），从而获得卤素分布均匀的钙钛矿薄膜，最终有效抑制了混合卤素钙钛矿薄膜的相分离。

图1. 阴极发光显微镜图

图2. 卤素均匀化过程示意图

通过与吉林大学张立军教授课题组合作，采用第一性原理计算核实，溴氯均匀混合钙钛矿薄膜具有更大的分解能（图3），使薄膜在电场等作用下可保持较好的稳定性。

图3. 钙钛矿热稳定性计算

基于此薄膜，作者制备了高亮度、光谱稳定的蓝光钙钛矿LEDs（图4）。器件发光峰位于482 nm，半峰宽仅为15 nm,对应的CIE色坐标为（0.091，0.165），在5 V低电压条件下，亮度达到9300 cd m^-2，为目前已报道颜色相近钙钛矿LEDs的最高值。并且器件的效率滚降不明显，外量子效率（EQE）在8000 cd m^-2的高亮度下仍可达到3.4%，此效率也是目前蓝光钙钛矿LEDs在高亮度下的最高纪录。此外，器件在不同工作电压以及连续工作条件下发光光谱不变，具有很好的光谱稳定性。该方法也可以实现任意溴氯比例的稳定钙钛矿薄膜，制备的天蓝光和深蓝光钙钛矿LEDs亮度分别可以达到37000 cd m^-2和1300 cd m^-2。

图4. 钙钛矿LED器件性能

此工作提出的卤素分布均匀化不仅有助于实现高亮度、稳定的钙钛矿LED，对实现基于混合卤素钙钛矿的高性能串联太阳能电池也具有重要意义。

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）：

Halide Homogenization for High-Performance Blue Perovskite Electroluminescence

Lu Cheng, Chang Yi, Yunfang Tong, Lin Zhu, Gunnar Kusch, Xiaoyu Wang, Xinjiang Wang, Tao Jiang, Hao Zhang, Ju Zhang, Chen Xue, Hong Chen, Wenjie Xu, Dawei Liu, Rachel A. Oliver, Richard H. Friend, Lijun Zhang, Nana Wang, Wei Huang, Jianpu Wang

Research, 2020, DOI: 10.34133/2020/9017871

导师介绍

黄维

https://www.x-mol.com/university/faculty/211016

王建浦

https://www.x-mol.com/university/faculty/27701

王娜娜

https://www.x-mol.com/university/faculty/27697