基于卤化物钙钛矿量子阱的高效蓝光发光二极管的开发与研究

Recently, halide perovskite based light-emitting diodes (LEDs) was widely studied due to their high efficiency and low cost. The external quantum efficiency (EQE) of green and red perovskite LEDs is close to theoretical maximum. However, blue perovskite LEDs exhibit low EQE (2.6%), as well as instable emission wavelength and poor emission purity. Perovskite quantum well is a promising material to fabricate highly efficient and stable LEDs. However, there are multiple perovskite QWs with different QW width forming during perovskite crystallizing, which result in instable emission and poor color purity. Meanwhile, the resistance the long-chain organic molecule layer is very high, which lead to difficult charges injection, and low EQE and luminance. Herein, in this project, we propose to introduce conjugated organic amine into perovskite QWs to improve charges injection. In addition, we optimize the precursor component and anti-solvent to fabricate perovskite QWs with uniform QW width. By conducting this project, we aim to get high efficiency, high luminance, and stable perovskite blue LEDs.

近年来，卤化物钙钛矿基发光二极管（LED）因其优异的发光效率和低廉的材料成本而得到广泛关注和研究。其中，红光和绿光钙钛矿LED的外量子效率已经接近理论上限。蓝光LED在照明和显示领域必不可缺，然而蓝光钙钛矿LED的最高外量子效率仅有2.6%，并且还存在发光不稳定、颜色纯度低等缺陷。近期研究表明钙钛矿量子阱材料是实现高效率和发光稳定钙钛矿蓝光LED的理想材料。然而，组成量子阱的长链有机分子层的电阻率极高导致电子-空穴注入困难、LED器件亮度和效率都很低；不同阱宽的钙钛矿量子阱共存导致LED发光纯度低、不稳定等问题。对此，本项目拟采用共轭结构有机胺构建具有优良电导性的钙钛矿量子阱材料来改善LED器件中电荷注入，同时通过对钙钛矿前驱体溶液精细调控及反溶剂控制制备具有单一阱宽的钙钛矿量子阱材料，最终创制高效率、高亮度、发光稳定的钙钛矿蓝光LED。

卤化物钙钛矿发光二极管（LED）因其优异的器件效率和低廉的材料成本而得到广泛关注和研究。然而，蓝光钙钛矿LED发展缓慢，仍面临的量子效率较低、发光不稳定、色彩纯度低等问题。本项目针对蓝光钙钛矿量子阱材料中阱宽分布不均匀的缺点，通过引入离子液体抑制钙钛矿量子阱薄膜中低n相钙钛矿（n = 1、2、3）的生长，成功制备了具有窄晶相分布的钙钛矿量子阱薄膜材料。离子液体的添加使得晶体生长随机分散取向，有利于载流子注入，最终钙钛矿LED在效率、亮度和色彩纯度方面获得显著改善。进一步通过PVK改性器件空穴传输层与发光层界面，实现了界面晶体的高质量生长；改性空穴传输层表面生长的钙钛矿晶粒小且细密，有利于电荷注入和减小漏电流；最终获得LED器件效率和亮度的大幅度提升。该工作揭示了钙钛矿量子阱薄膜中晶体形成的机理以及不同钙钛矿组分对晶体构建的作用，阐明了器件界面环境对钙钛矿薄膜及其器件性能的关键影响，同时为实现性能更优越的钙钛矿LED器件奠定了基础。此外，本项目研究了有机配体在钙钛矿和电荷传输层材料中添加对器件性能的影响，并实现了钙钛矿亮度、效率和稳定性的同步提升；开发了一种分子剪裁策略，可控合成了一系列白光钙钛矿材料。在本项目资助下，项目负责人以通讯作者发表SCI 论文10篇，包括国内外知名期刊Nature Communications（2篇）、Advanced Optical Materials、Nano Research、ACS Applied Materials & Interface、Journal of Materials Chemistry C等；申请国家发明专利3项；培养在读博士后1名，在读硕士研究生10名，硕士毕业生2名。