F获Nat. Electron.，助力钙钛矿LED！
【研究简介】
最近，卤化物钙钛矿发光二极管（LED）的外部量子效率已超过20％。然而，钙钛矿LED的性能受到非辐射复合损失的阻碍和受限于钙钛矿沉积相匹配的电荷传输材料的选择。为此，剑桥大学卡文迪许实验室Richard H. Friend、崔林松和浙江大学狄大卫报道了由混合尺寸钙钛矿形成的高效绿色电致发光LED，该钙钛矿沉积在有机半导体空穴传输层上的薄（〜1 nm）氟化锂上。高极性介电界面是在不相容的疏水性电荷传输层上形成高质量溴化钙钛矿的有效模板。钙钛矿层的结晶度和尺寸的控制是通过使用四苯基氯化膦作为添加剂来实现的，从而使外部光致发光量子效率达到约65％。通过这种方法，该团队获得了在高亮度（> 1,500 cd m−2）下具有19.1％的外部量子效率的LED。
【研究要点】
四苯基氯化膦添加剂制备发光钙钛矿膜
准2D/3D钙钛矿薄膜是由PbBr3、CsBr和PEABr溶于DMSO中，通过旋涂退火制备。四苯基氯化膦（TPPCl）添加剂对控制钙钛矿薄膜生长和结构具有增益效果。加入TPPCl后，钙钛矿薄膜吸收光谱中与2D钙钛矿相关的高能量激子特征峰降低（图1b），PLQE增强了5倍。添加TPPCl的钙钛矿PL动力学也表现出更长的寿命，这表明PLQE的改善主要抑制非辐射衰减(图1 c)。GIWAXS表明钙钛矿膜中含有CsPbBr3和高织构且平行于衬底的{020}晶面取向（图1d-f）。
图1：TPPCl添加剂的影响
LiF界面的影响
相比于在氧等离子处理的TFB表面钙钛矿膜，TFB/LiF界面的钙钛矿表现出更大而明显的晶粒尺寸和降低的孔隙密度，与XRD的结果一致（图2a-b）。沉积在LiF上的钙钛矿膜的PLQE达65%，显著高于氧等离子处理TFB的，这与其更慢的PL衰减相一致（图2c）。钙钛矿薄膜的发光量子效率与成键元素的电负性差异有很强的相关性（图2d）。强极性界面可以为形成具有良好发光特性的钙钛矿膜提供有效的模板。
图2：LiF界面修饰剂的影响
钙钛矿LED的制备和表征
钙钛矿LED器件的结构和断面TEM如图3a-b所示。钙钛矿LED的EL峰位是520 nm，半峰宽为18 nm，发射出高纯绿光（图3c）。当电压大于3 V时，发光-电压曲线遵循电流-电压特性（图3d），表明平衡的电子和空穴注入。在3.1 mA cm−2，最佳器件EQE峰值达到19.1% (图3e)，代表混合维钙钛矿体系的绿色钙钛矿LED的最高效率值之一。在最大EQE处实现超过1,500 cd m−2的亮度。
图3：钙钛矿LED性能表征
阴极发光高光谱分析
如图4a-f，沉积在LiF上的膜显示最高的发光强度和均匀性。相对于PL峰，没有LiF界面层的样品CL峰出现5-8 nm的蓝移（图4d-e）。光谱位移可能与高注入条件下的带填充、发光的自滤波、卤化物的局部电迁移和束流损伤有关。
图4：钙钛矿膜的阴极发光表征
Zhao, B., Lian, Y., Cui, L. et al. Efficient light-emitting diodes from mixed-dimensional perovskites on a fluoride interface. Nat. Electron., 2020, DOI:10.1038/s41928-020-00487-4