浙大狄大卫团队《Adv. Funct. Mater.》综述：稳定高效钙钛矿发光二极管的研究进展

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金属卤化物钙钛矿有望成为下一代显示和照明器件的核心材料。2014年，剑桥大学卡文迪许实验室的Richard Friend课题组首次获得了在室温下发光的钙钛矿发光二极管（LED），当时的器件效率还不到1%。仅过了4年(至2018年)，全球多个课题组就已将钙钛矿LED器件效率提高到20%以上，接近商用OLED的水平。尽管钙钛矿LED器件效率的快速提升，使此项新的LED技术成为了研究人员的关注焦点，但仍然存在诸多的科学和技术难题，限制了钙钛矿LED的商业化前景。稳定且高效率的蓝光电致发光，是目前无机III-V族LED等商业化LED技术成功实现应用的关键。而对于钙钛矿LED，实现器件的高工作稳定性、获得高效率蓝光电致发光以及降低铅的潜在毒性等，是目前研究的主要目标。
2021年11月11日，《Advanced Functional Materials》期刊发表了浙江大学光电学院现代光学仪器国家重点实验室的狄大卫团队与剑桥大学Richard Friend团队合作完成的，关于钙钛矿LED研究进展的综述论文“Toward Stable and Efficient Perovskite Light-Emitting Diodes”（10.1002/adfm.202109495）。论文通过列举并总结一些具有代表性的近期研究工作，尝试阐明钙钛矿材料和钙钛矿LED器件的性能衰减机制，并提出提升器件工作稳定性和效率的思路与方法。作者从有机LED和钙钛矿太阳能电池的研究历程中汲取经验，为钙钛矿LED器件的研究指明了一些重要方向。此综述论文旨在促进包含材料学，化学和物理学等学科的交叉融通，通过跨学科合作最终实现稳定且高效的钙钛矿LED器件。
浙江大学光电学院狄大卫研究员是论文的通讯作者，浙江大学博士后/访问学者、杭州电子科技大学副教授杨得鑫博士是论文的第一作者，共同作者包括剑桥大学Richard Friend院士、浙江大学光电学院赵保丹研究员等。  
图1：钙钛矿LED器件的典型结构示意图，以及一些常用的电子传输层、空穴传输层和发光层的能级。
 
图2：具有不同维度的钙钛矿结构：（a）二维，(b)准二维（c）三维。其中BX₆是典型的八面体结构，A位原子位于三维框架结构中。  
图3：（a）晶格弛豫机理的示意图：展示了局域晶格应变减少可通过缺陷形成和较小离子替代实现。(图片来源：Nat. Energy 3, 648 (2018))（b）使用长链烷基铵和芳基铵实现CsPbBr₃钙钛矿量子点阴离子交换的合成示意图。(图片来源：Nat. Photon. 12, 681 (2018))
 
图4：不同n值准二维钙钛矿PEA₂(FAPbBr₃)_n-1PbBr₄的结构示意图和光学特性。(图片来源：Nat. Commun. 9, 570 (2018))  
图5：分别使用（a）CsBr-和（b）CsTFA-为原料处理CsPbBr₃钙钛矿薄膜的晶界钝化机理示意图，以及（c）钙钛矿LED器件结构示意图和对应的截面TEM图谱。(图片来源：Nat. Commun. 10, 665 (2019)) （d-i）不同分子钝化剂处理的FAPbI₃钙钛矿晶体钝化效果示意图，以及相应的器件性能。(图片来源：Nat. Photon. 13, 418 (2019))（j）使用5-AVA钝化处理的FAPbI₃基钙钛矿LED器件的制作过程和器件截面示意图（STEM），和钙钛矿薄膜的亚微米结构（SEM）。（k）5-AVA钝化处理的FAPbI₃基钙钛矿LED器件的发光性能和稳定性。(图片来源：Nature 562, 249 (2018))  
图6 基于钙钛矿/聚合物体异质界面的近红外钙钛矿LED器件的截面示意图和光电性能。(图片来源：Nat. Photon. 12, 783 (2018))  
图7 通过组分工程提升蓝光钙钛矿LED器件性能。(图片来源：Nat. Commun. 10, 1027 (2019))

图8 （a-c）Cs_0.7FA_0.3PbBr₃基蓝光钙钛矿LED器件的能带结构和器件的光电性能。(图片来源：Nat. Photon. 13, 760 (2019))（d-f）PEACl:CsPbBr₃:2%YCl₃基钙钛矿LED器件的光电性能。(图片来源：Nat. Commun. 10, 5633 (2019))
 
图9 （a-c）Mn掺杂CsPbCl_3-xBr_x基蓝光钙钛矿LED器件的光电性能和器件结构。(图片来源：Joule 2, 2421 (2018))（d-g）P-PDA, PEACs_n-1Pb_nBr_3n+1基深蓝光钙钛矿LED器件的性能和相关机理示意图。(图片来源：Adv. Mater. 31, 1904319 (2019))  
图10 提升钙钛矿LED器件效率的主要思路与策略。
 
图11 总结了导致钙钛矿薄膜和钙钛矿LED器件不稳定的原因，以及提升稳定性的策略。

作者简介

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狄大卫，浙江大学光电学院研究员、博士生导师。主要研究方向是新型光电子器件与器件物理，入选《MIT科技评论》全球“35岁以下科技创新35人”(2019)、浙江省鲲鹏计划首批专家(2020)、国家青年人才计划(2018)等。他在新南威尔士大学与剑桥大学获工程学士、工程学博士、物理学博士学位，师从Richard Friend院士、Martin Green院士等著名科学家。他作为一作或通讯，将成果发表于Science、Nature Photonics(封面论文)、Nature Electronics、Joule、Nature Communications等期刊，在Science/Nature/Cell系列共同发表论文12篇，研究成果被人民日报、中央电视台、MIT科技评论等报道。 
    杨得鑫，杭州电子科技大学副教授、浙江大学光电学院访问学者，此前是浙江大学博士后(2019-2021)。杨得鑫博士在中国地质大学(北京)获得学士(2012)与博士(2016)学位。2014-2015年，他作为访问学生在剑桥大学开展研究。他的研究主要围绕功能材料中的应力与弹性释放，以及钙钛矿材料的相变、铁弹性、磁性与光电性质。他作为第一或通讯作者，将相关研究发表于Nature Communications、Advanced Functional Materials、Physical Review B等期刊，作为共同作者在Nature Electronics等期刊发表论文。

原文链接
Dexin Yang, Baodan Zhao, Tao Yang, Runchen Lai, Dongchen Lan, Richard H. Friend, and Dawei Di*, Toward Stable and Efficient Perovskite Light-Emitting Diodes, Advanced Functional Materials 2021, 2109495. DOI: 10.1002/adfm.202109495.

http://doi.org/10.1002/adfm.202109495

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