近日，我校王洪强教授团队在《Advanced Materials》期刊在线发表题为《Homogenizing Energy Landscape for Efficient and Spectrally Stable Blue Perovskite Light-Emitting Diodes》的研究论文。
钙钛矿型发光二极管在显示屏和照明技术等领域展现了极大的应用前景。然而，蓝光设备的效率以及光谱的稳定性仍是亟待克服的关键难题。对于准二维钙钛矿，普遍存在低维相形成的不可控现象，这导致了能级分布的不均匀，进而引起载流子的非辐射复合，影响其发光效率。同时，混合卤素钙钛矿中引入的氯离子易产生缺陷和离子迁移，导致相分离，使得薄膜能量分布混乱，不利于提升器件效率和光谱稳定性。通过向钙钛矿前驱体溶液中加入多功能添加剂四氟丁二酸甲脒，显著提高了钙钛矿薄膜的发光均匀性和亮度，并且荧光寿命得以延长，这表明缺陷被有效钝化，非辐射复合现象减少。理论计算指出，氯离子的迁移被显著抑制，有利于增强光谱和运行稳定性。添加四氟丁二酸甲脒后，钙钛矿薄膜中的低维相显著减少，促进了能量的快速传递和载流子的辐射复合。进一步地，在钙钛矿与空穴传输层界面采用双亲性分子进行修饰，不仅降低了界面能量损失，还抑制了低维相的形成，从而提高了能量分布的均一性。采用这种策略，成功制备出了具有稳定光谱的蓝光发射（478 nm）和峰值外部量子效率为21.9%的钙钛矿发光二极管，这一成果代表了同类器件的顶尖水平，为开发高性能蓝光钙钛矿发光二极管提供了一种有效的解决途径。
学院2020级博士研究生祁衡为论文的第一作者，佟宇教授和王洪强教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基础科研项目和陕西省自然科学基础研究计划的资助。
图1. 四氟丁二酸甲脒掺入对钙钛矿发光二极管性能的影响。
图2 . 四氟丁二酸甲脒提升钙钛矿发光二极管性能的机理研究。
图3. 通过四氟丁二酸甲脒和双亲性分子调控钙钛矿低维相。
图4. 通过四氟丁二酸甲脒和双亲性分子双重修饰使能量分布均匀化的示意图。
图5. 基于四氟丁二酸甲脒和双亲性分子的体相-界面优化的钙钛矿发光二极管性能。