钙钛矿LED外量子效率超20%,刷新世界最高纪录
来源:    发布时间: 2018-10-15 09:06   512 次浏览   大小:  16px  14px  12px


近日,华侨大学魏展画教授联合新加坡南洋理工大学熊启华教授和加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授在钙钛矿发光二极管的研究中取得重大突破。


近日,华侨大学魏展画教授联合新加坡南洋理工大学熊启华教授和加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授在钙钛矿发光二极管的研究中取得重大突破。

研究人员利用钙钛矿的组分分布调控策略得到平整致密且光电性能优异的钙钛矿薄膜,并通过加入阻挡层改善电子空穴的注入平衡,得到的钙钛矿发光二极管的外量子效率(EQE)超过20%,刷新了钙钛矿发光二极管的世界最高纪录,同时,稳定性也得到极大地提升,远超国际同行。

相关研究成果以题为"Perovskite Light-Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%"发表在国际顶级学术期刊Nature(Dol :10.1038/s41586-018-0575-3)上。

成果简介

钙钛矿半导体材料在太阳能电池领域已经取得了巨大的成功,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)已经从最初的3.8%到现在23.3%的认证效率。由于钙钛矿材料制备成本低,可溶液法制备,荧光量子效率高,色纯度高且颜色可调等特性,钙钛矿材料在平面显示和固体照明领域极具潜力。自2014年Richard H. Friend和Zhi-Kuang Tan等人首次报导的能在室温下工作的钙钛矿发光二极管,以MAPbI3-X和MAPbBr3(MA = CH3NH3+)作为发光层的近红外光和绿光的钙钛矿LED测得EQE分别为0.76%,0.1%。

此后,钙钛矿LED便吸引了越来越多的研究者投入研究,并取得了不断的突破。然而,目前报导的绿光和红光钙钛矿LED的最高外量子效率(EQE)分别为14.36%和11.7%,且钙钛矿LED器件稳定性差,远低于已经商业化的有机发光二极管(OLEDs)和无机量子点发光二极管(QLEDs)(EQE:25%以上)等。钙钛矿LED在效率和稳定性上还有很大的提升空间。

在该研究中,研究人员利用CsPbBr3和MABr (MA = CH3NH3+)在极性溶剂DMSO的溶解度差异较大这一特点,通过在CsPbBr3钙钛矿前驱液中加入MABr添加剂,并精确调控添加剂MABr的量,成功实现钙钛矿层的组分分布调控,得到了表面平整致密,且光电性能优异的具有[email protected]壳核结构的钙钛矿薄膜,器件EQE超过17%。

研究人员通过对比纯电子和纯空穴器件,发现器件中电子和空穴注入不平衡,过量的电子注入制约了器件性能的进一步提升,对此,研究人员通过在发光层和电子传输层之间引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)绝缘材料,阻挡了过量电子的注入,改善了器件中电子和空穴的注入平衡,进一步提高了器件的效率,最终得到了EQE超过20%,稳定性超过100h(T50>100h)的钙钛矿LED器件,远超国际同行。