近日，我校王洪強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》期刊在線發(fā)表題為《Homogenizing Energy Landscape for Efficient and Spectrally Stable Blue Perovskite Light-Emitting Diodes》的研究論文。

鈣鈦礦型發(fā)光二極管在顯示屏和照明技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)了極大的應(yīng)用前景。然而，藍(lán)光設(shè)備的效率以及光譜的穩(wěn)定性仍是亟待克服的關(guān)鍵難題。對(duì)于準(zhǔn)二維鈣鈦礦，普遍存在低維相形成的不可控現(xiàn)象，這導(dǎo)致了能級(jí)分布的不均勻，進(jìn)而引起載流子的非輻射復(fù)合，影響其發(fā)光效率。同時(shí)，混合鹵素鈣鈦礦中引入的氯離子易產(chǎn)生缺陷和離子遷移，導(dǎo)致相分離，使得薄膜能量分布混亂，不利于提升器件效率和光譜穩(wěn)定性。通過向鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入多功能添加劑四氟丁二酸甲脒，顯著提高了鈣鈦礦薄膜的發(fā)光均勻性和亮度，并且熒光壽命得以延長(zhǎng)，這表明缺陷被有效鈍化，非輻射復(fù)合現(xiàn)象減少。理論計(jì)算指出，氯離子的遷移被顯著抑制，有利于增強(qiáng)光譜和運(yùn)行穩(wěn)定性。添加四氟丁二酸甲脒后，鈣鈦礦薄膜中的低維相顯著減少，促進(jìn)了能量的快速傳遞和載流子的輻射復(fù)合。進(jìn)一步地，在鈣鈦礦與空穴傳輸層界面采用雙親性分子進(jìn)行修飾，不僅降低了界面能量損失，還抑制了低維相的形成，從而提高了能量分布的均一性。采用這種策略，成功制備出了具有穩(wěn)定光譜的藍(lán)光發(fā)射（478 nm）和峰值外部量子效率為21.9%的鈣鈦礦發(fā)光二極管，這一成果代表了同類器件的頂尖水平，為開發(fā)高性能藍(lán)光鈣鈦礦發(fā)光二極管提供了一種有效的解決途徑。

學(xué)院2020級(jí)博士研究生祁衡為論文的第一作者，佟宇教授和王洪強(qiáng)教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基礎(chǔ)科研項(xiàng)目和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃的資助。

圖1. 四氟丁二酸甲脒摻入對(duì)鈣鈦礦發(fā)光二極管性能的影響。

圖2 . 四氟丁二酸甲脒提升鈣鈦礦發(fā)光二極管性能的機(jī)理研究。

圖3. 通過四氟丁二酸甲脒和雙親性分子調(diào)控鈣鈦礦低維相。

圖4. 通過四氟丁二酸甲脒和雙親性分子雙重修飾使能量分布均勻化的示意圖。

圖5. 基于四氟丁二酸甲脒和雙親性分子的體相-界面優(yōu)化的鈣鈦礦發(fā)光二極管性能。