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基于FAPbBr3全溶液高效钙钛矿发光二极管

时间:2018-11-22 10:39      发布人:廖燕菲      阅读:49

金属卤化物钙钛矿(MHP)材料由于其优异的光电性质,近几年在光电领域发展迅速。与钙钛矿太阳能电池的快速发展相比,钙钛矿发光二极管(PeLED)的研究,目前仍然处于初步发展的阶段,其效率是需解决的问题之一。有着多层薄膜结构的钙钛矿电致发光器件,界面性质成为制约器件性能的关键。为了提高器件性能,有必要优化器件的各个界面。在阳极侧,空穴注入层(HIL)和发光层(EML)之间的界面在空穴注入、激子猝灭、电子阻挡和钙钛矿层的成膜质量方面起着重要作用。在阴极侧,电子注入层(EIL)和EML之间的界面影响电子注入效率、激子解离和空穴阻挡能力。目前,基于MA体系的CH3NH3PbBr3钙钛矿材料已被大量研究,器件电流效率达到了42 cd/A。然而,基于MA的MHP受热或水分的影响会发生降解。为了增加MHP的结构和热稳定性,可以用离子半径较大的甲脒(FA+)替代MA+。但迄今为止,关于FAPbB3的研究较少。

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图1 基于FAPbBr3的正装全溶液器件的性能以及器件的注入机理图。

近期,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验王坚教授课题组通过使用氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)作为电子注入层(EIL)和PEDOT:PSS 8000作为空穴注入层(HIL),制备了基于FAPbBr3的正装高效钙钛矿电致发光器件(PeLED),该FAPbBr3器件是以空穴电流为主导的。为实现载流子平衡,在阳极侧采用PEDOT:PSS 8000作为空穴注入层,取代PEDOT:PSS 4083以抑制空穴电流。虽然PEDOT:PSS 8000具有比PEDOT:PSS 4083更高的功函数,但富含PSS的表面在HIL/EML界面处形成绝缘层,其既阻挡空穴电流有助于电荷平衡又减少界面处的激子淬灭。在阴极侧,通过选用更小粒径的ZnO NPs(迁移率增大、功函数减小)作为EIL以增大电子电流,进一步平衡了过量的空穴电流。最终制备的的PeLED性能如下:最大功率效率为22.3 lm W-1,最大电流效率为21.3 cd A-1,外量子效率4.66%,最大亮度为1.09×105 cd m-2。在10 000 cd m-2的初始亮度下,T50为436 s。器件启亮电压(1.75 V)低于其带隙,归因于俄歇辅助能量上转换过程。

相关成果以《All-Solution-Processed Pure Formamidinium-Based Perovskite Light-Emitting Diodes》为题,发表在ACS Nano(Adv. Mater. 2018, 1804137,DOI: 10.1002/adma.201804137)上,作者为Juanhong Wang(王娟红),Chen Song (宋晨),Zhiwei He(何志伟), Chaohuang Mai(麦超晃),Gancheng Xie(谢淦澂),Lan Mu(穆兰),Yangke Cun(寸阳珂), Jiali Li(黎佳立),Jian Wang(王坚)*,Junbiao Peng(彭俊彪),Yong Cao(曹镛)。相关工作得到了国家科技部,国家自然科学基金委员会和广东省科学技术厅的资助。