【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】金屬鹵化物鈣鈦礦具有優(yōu)異的光電性能和低廉的成本，鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)已成為新一代顯示技術(shù)的核心候選。在PeLEDs的諸多制備方法中，熱蒸鍍PeLEDs具有環(huán)境敏感度低、與有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)成熟的工藝路線兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，成為推動(dòng)PeLEDs產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)路徑。然而，受限于全蒸鍍鈣鈦礦薄膜缺陷密度高、熒光量子產(chǎn)率低的問題，全蒸鍍PeLEDs的器件效率和亮度長(zhǎng)期落后于溶液法PeLEDs，成為制約全蒸鍍PeLEDs在顯示領(lǐng)域應(yīng)用的核心瓶頸。
 

　　近日，武漢光電國家研究中心王磊教授、郭閏達(dá)副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)王建浦教授團(tuán)隊(duì)，在Nature Photonics發(fā)表了題為“Organic intercalation strategy for efficient all-evaporated perovskite light-emitting diodes”的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)提出一種鈣鈦礦前驅(qū)體順序沉積結(jié)合有機(jī)功能插層的新策略(SDOI)，通過引入多功能有機(jī)分子鹽酸苯乙雙胍(PFCl)添加劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦結(jié)晶過程的有效調(diào)控，成功制備出高質(zhì)量的全蒸鍍鈣鈦礦薄膜?；赟DOI策略制備的全蒸鍍天藍(lán)光PeLEDs獲得20.12%的最大外量子效率(EQE)和23704 cdm?²的最大亮度，器件在較大工作電壓范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的光譜穩(wěn)定性，基于該策略構(gòu)筑的全蒸鍍PeLEDs實(shí)現(xiàn)了TFT驅(qū)動(dòng)的有源顯示屏成像(圖1)。
 

　　武漢光電國家研究中心為論文第一完成單位。彭陳程博士、何致遠(yuǎn)博士、張飛虎博士研究生、王娜娜教授為論文第一作者，王磊教授、郭閏達(dá)副教授和王建浦教授為共同通訊作者。其他主要合作者包括華中科技大學(xué)陳犇博士研究生、陳敬東博士研究生和何茜平碩士研究生，南京工業(yè)大學(xué)徐雙博士研究生和朱威博士研究生。該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體及湖北省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)利用掃描透射電子顯微鏡(STEM)研究了采用SDOI策略生長(zhǎng)的鈣鈦礦發(fā)光薄膜與對(duì)照組鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)差異，證實(shí)SDOI策略引入的有機(jī)插層分子能夠促進(jìn)形成高度有序的低維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。對(duì)照組薄膜則呈不規(guī)則形貌，而采用SDOI策略生長(zhǎng)的鈣鈦礦薄膜則會(huì)形成規(guī)則、均勻的高質(zhì)量晶粒。球差校正STEM(AC-STEM)進(jìn)一步證實(shí)SDOI策略能夠形成高度均一化的鈣鈦礦晶粒，對(duì)照組薄膜則呈現(xiàn)出無序度較高的結(jié)晶特征。此外，通過電子背散射衍射極圖測(cè)試表明采用SDOI策略的鈣鈦礦薄膜沿{100}晶向呈現(xiàn)出高度取向的排布特征。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過綜合多種光譜技術(shù)分析，闡明采用SDOI策略對(duì)鈣鈦礦薄膜發(fā)光動(dòng)力學(xué)調(diào)控機(jī)制。穩(wěn)態(tài)吸收光譜顯示，采用SDOI策略的鈣鈦礦薄膜呈現(xiàn)出多個(gè)特征吸收峰(n=2、n=3和n≥4的低維鈣鈦礦相)，溫度依賴PL光譜也驗(yàn)證了低維鈣鈦礦形成(低溫條件下440 nm和462 nm特征發(fā)光峰)。進(jìn)一步采用瞬態(tài)吸收(TA)光譜分析發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組薄膜相比，采用SDOI策略的鈣鈦礦薄膜在433 nm、453 nm和485 nm 處出現(xiàn)三處明顯的基態(tài)漂白信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)n=2、n=3和n≥4的鈣鈦礦相。這與溶液法制備的多量子阱鈣鈦礦體系中的情況類似，會(huì)發(fā)生低n相向高n相的高效能量轉(zhuǎn)移過程，通過提高輻射復(fù)合速率實(shí)現(xiàn)對(duì)非輻射復(fù)合能量損耗的抑制。
 

　　在全蒸鍍PeLEDs器件制備過程中，有機(jī)功能分子PFCl發(fā)揮了多重作用。在鈣鈦礦前驅(qū)體材料順序沉積過程中，PFCl層起到物理阻隔Cs與Pb前驅(qū)體的直接接觸，避免前驅(qū)體材料發(fā)生過快、無序的結(jié)晶反應(yīng)，延緩結(jié)晶生長(zhǎng)過程；在退火過程中，PF?作為有機(jī)間隔陽離子嵌入晶格，能夠誘導(dǎo)形成具有高度結(jié)晶取向的低維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并且富電子的C=N基團(tuán)與缺電子的NH3+基團(tuán)可分別與鈣鈦礦晶格中未配位Pb、鹵素缺陷結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效、多重的缺陷鈍化作用，并顯著提升離子遷移活化能，抑制鹵素離子遷移，提升器件工作穩(wěn)定性。
 

　　該研究提出了一種順序沉積鈣鈦礦前驅(qū)體結(jié)合有機(jī)多功能插層分子的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備策略，通過鈣鈦礦結(jié)構(gòu)表征、光學(xué)特性分析等，驗(yàn)證了該策略對(duì)降低缺陷態(tài)密度、調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程及載流子復(fù)合路徑的有效性，最終實(shí)現(xiàn)了高效率、高亮度的天藍(lán)光電致發(fā)光器件，同時(shí)檢驗(yàn)了該策略在綠光器件上的普適性。此外，該研究成功地將全蒸鍍PeLEDs集成到TFT驅(qū)動(dòng)的有源顯示面板，實(shí)現(xiàn)了清晰的圖像顯示和流暢的視頻播放，充分展示出該策略在新型顯示技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為熱蒸鍍技術(shù)制備高性能鈣鈦礦光電器件提供了重要參考。未來，將該策略與大面積蒸鍍制備鈣鈦礦發(fā)光器件和三基色全彩有源驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)合，有望加速推動(dòng)熱蒸鍍PeLEDs技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用落地。