吉林大学&中科院半导体所《Nano Letters》：高效纯红色钙钛矿量子点发光二极管

胶体QD具有窄带发射，为实现纯红色发射PeLED提供了有效方案。然而，实现纯红色发射还需要将碘化物钙钛矿QD的尺寸减小到约5 nm，这将导致许多表面缺陷，这容易诱导CsPbI3的离子迁移和相变，用于制备CsPbI3 QD的配体会钝化缺陷并稳定晶体结构。此外，由于它们的非导电性，这些长链有机配体阻碍电荷传输。因此，实现高效纯红色（620−650 nm波长）钙钛矿发光二极管（PeLED）仍然具有挑战性。

在此，吉林大学和中科院半导体所的研究人员报道了一种纯红色PeLED，其色坐标位于（0.703，0.297），外部量子效率为20.8%，亮度为3775 cd/m²。该设计基于强量子限制CsPbI₃量子点（QD），量子点由3-苯基-1-丙胺和碘化四丁基铵的复合配体覆盖。该策略稳定了强受限量子点的结构，并减少了电场诱导的斯塔克效应对PeLED的影响。此外，复合配体降低了量子点的激子结合能，以抑制器件内的俄歇复合。量子点的价带最大值被提升以匹配空穴传输层，从而平衡了PeLED中的电荷注入。器件还显示出稳定的电致发光光谱，寿命比控制装置长5.6倍。相关论文以题目为“High-Efficiency Pure-Red Perzzsovskite Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”发表在Nano Letters期刊上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03062

钙钛矿发光二极管（PeLED）是下一代高清显示器的候选产品，近年来在效率方面取得了快速发展。具有单一卤化物成分的金属卤化物钙钛矿由于带隙窄，很难实现纯红色发射。例如，块状碘化物钙钛矿的发射峰长于700 nm波长，这接近近红外区域，不适合于可见显示。作为三原色之一，620−650 nm波长的红色发射被认为是纯红色，以满足高清显示器标准。纯红色钙钛矿通常通过混合卤化物（Br和I）的组成来实现。尽管混合卤化物钙钛矿很容易获得，但它们在电场下的严重相分离导致PeLED的光谱稳定性较差。基于量子限制效应，碘化物钙钛矿的发射可以通过低维工程调整为纯红色，如准二维（准2D）、量子阱、纳米线、和量子点（QD），准2D碘化物钙钛矿不能轻易实现窄的电致发光（EL）光谱。胶体QD具有窄的发射带和灵活的制备，为实现高效的纯红色发射PeLED提供了有效的解决方案。

在这里，作者首先根据强量子限制合成了纯红色发光的CsPbI3量子点（尺寸约为5nm）。然后，将3-苯基-1-丙胺（PPA）和碘化四丁基铵（TBAI）依次与QD表面上的原始OA和OAm配体交换。其中，通过利用苯环的空间位阻，PPA稳定了CsPbI3量子点的钙钛矿结构，并降低了电场诱导的斯塔克效应对器件EL光谱的影响。TBAI钝化了表面空位缺陷并降低了QD的EB，以抑制QD的俄歇复合和PeLED的效率下降。量子点的价带最大值（VBM）增加以匹配空穴传输层，从而平衡器件中的电荷注入。最终实现了一种颜色稳定的PeLED，其峰值EQE为20.8%，亮度为3775 cd/m2，并且具有低效率衰减。（文：爱新觉罗星）

图1。CsPbI₃ QDs的制备和光学性质

图2。CsPbI3 QDs的激子结合能和复合

图3。PeLED的性能