钙钛矿LED最新综述 | 干货

　　核心内容

　　1. 综述了钙钛矿发光二极管（Perovskitelight emitting diodes,PeLEDs）的发展历程和最新研究进展，包括 PeLEDs 的基本工作原理、器件结构，以及目前该领域目前仍然存在的问题。

　　2. 系统的讨论了稳定性对 PeLED 潜在应用的重要性，着重介绍了通过控制钙钛矿薄膜的组分来实现光谱稳定的纯红和纯蓝发光器件；以及详细地总结了通过控制钙钛矿薄膜的组分、钙钛矿薄膜的质量、LEDs 的器件结构来提高 PeLEDs 的工作寿命。

　　PeLEDs的优势

　　PeLEDs 因其发光光谱窄、色域广、制备成本低和，效率高等优势被作为下一代显示和照明技术的潜在应用技术之一。尽管目前近红外、红光和，绿光 PeLED 的外内量子转换效率（External quantum efficiency，EQE）已经突破了 20 %，然而光谱稳定的纯红、纯蓝 PeLEDs 却研究较少。并且，相比较于传统的有机和量子点发光二极管 LEDs，PeLEDs 的工作寿命还远远落后。因此发展光谱稳定以及工作寿命长的 PeLEDs 对推动这项新兴技术商业化进程至关重要。

　　综述简介

　　基于此，苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNOSM）孙宝全教授课题组课题组和瑞典林雪平大学 (link?ping University)Feng Gao 教授系统地综述了 PeLEDs 的最新进展。着重讨论了影响 PeLEDs 稳定性的主要问题，概括了通过控制钙钛矿薄膜的组分实现光谱稳定的纯红和纯蓝 PeLEDs。详细地综述了如何通过控制钙钛矿薄膜的组分、质量和，LEDs 器件的结构来提高其工作寿命；并对如何进一步改善 PeLEDs 的稳定性进行了总结和展望。

　　1. PeLEDs 的器件结构和工作机理

　　PeLEDs 具有类似“三明治”的结构，如图1a所示。根据空穴传输层，电子传输层的位置，PeLEDs 又可以分为 p-i-n 和 n-i-p 结构，即空穴传输层位于钙钛矿层的下方和上方。电子和空穴经过电子传输层和空穴传输层注入到钙钛矿层进行辐射复合，从而实现电致发光。目前，用于 PeLEDs 的钙钛矿，根据维度可以分为三维、二维以及零维结构。降低钙钛矿的维度可以有效地提高激子束缚能，从而提高钙钛矿的荧光量子产率（PLQY）。例如，二维 Ruddlesden-Popper(2DRP) 钙钛矿具有量子阱结构，可以在钙钛矿薄膜中形成有效的能量传输渠道，大幅提高薄膜中的辐射复合的效率，从而实现高效率的 PeLEDs。

　　2. PeLEDs 的发展历程以及现存主要问题

　　钙钛矿的电致发光可以追溯到 1994 年，但是效率非常低一直没有引起人们的关注。然后直到 2014 年，剑桥大学卡文迪许实验室的 Friend 课题组才首次报道了其常温下电致发光，但是器件的效率较差。通过改善钙钛矿薄膜和载流子传输层之间的界面接触或者调控钙钛矿的组分可以有效地提高钙钛矿薄膜的质量，从而提升 PeLEDs 的效率和稳定性。例如：Lee 和其合作者通过使用反溶剂的方法同时采用缺陷钝化的策略，可以明显提高 PeLEDs 的效率。通过引入有机长链形成 2D 二维 RP 钙钛矿，PeLEDs 的 EQE 可以进一步提升到超过 10 %。最近，通过进一步优化钙钛矿薄膜的组分和 PeLEDs 的器件结构，近红外、红光和绿光的 PeLEDs 的 EQE 均突破了20 %，特别是我国的黄维/王建浦课题组和华侨大学魏展画课题组等分别实现了红外光二极管EQE效率 20.7 % 和绿光二极管EQE效率 20.3 %，这些器件效率已经可以和传统的有机和量子点 LEDs 相媲美。尽管 PeLEDs 在近几年发展迅速，但是如何制备光谱稳定的纯红和纯蓝 PeLEDs 以及提高 PeLEDs 的工作寿命是目前亟待解决的关键问题。

　　3. 实现光谱稳定的纯红和纯蓝 PeLEDs

　　目前，实现纯红和纯蓝的钙钛矿薄膜一般有采用混合卤素和控制钙钛矿的维度两种方法。然而在混合卤素的钙钛矿薄膜中往往存在不同卤素之间的相分离的问题，使得在测试过程中，光谱发生不可逆转的偏移，如上图2所示。相比较于混合卤素钙钛矿，二维钙钛矿因为不存在相分离的问题，是制备纯红和纯蓝 PeLEDs 的理想材料。然而，目前依然很难得到层数一致（n值唯一）的钙钛矿薄膜，导致 PeLEDs 的发光光谱较宽或者出现多个发光峰。Sargent 课题组和合作者通过引入双有机胺长链来控制钙钛矿的生长从而实现 n 值相对较单一的钙钛矿薄膜，可以得到光谱均一和、稳定的蓝光 PeLEDs。

　　4. 提升 PeLEDs 工作寿命

　　4.1. 钙钛矿薄膜的优化

　　4.1.1. 钙钛矿组分的调控

　　通过调控钙钛矿薄膜的组分可以明显改善钙钛矿薄膜的稳定性，从而提升 PeLEDs 的工作寿命。常见的方法有通过改变 A 位离子的种类来调控钙钛矿薄膜的容忍因子（ToleranceFactor, IF）趋于理想值 0.8-1.0 之间。另外，除了 A 位调节，B 位取代也常用来提升 PeLEDs 的工作寿命。例如，通过 Mn 或者 Sr 原子取代或者掺杂 B 位 Pb 可以明显提高钙钛矿的生成能，从而提升钙钛矿薄膜对氧、水和光等的稳定性。

　　虽然二维钙钛矿材料的使用，可以显著提高 PeLEDs 的稳定性和工作寿命，但是如何进一步抑制钙钛矿薄膜中的 Auger 复合对进一步提升 PeLEDs 工作寿命至关重要。通过改变钙钛矿的组分，研究者可以调控钙钛矿薄膜中的 n 值分布，从而降低钙钛矿薄膜中的 Auger 复合几率，提高器件的稳定性。