光学应用前沿|高效稳定有源矩阵钙钛矿发光二极管

      近日，浙江大学材料学院叶志镇院士团队在有源矩阵钙钛矿LED领域取得重要进展，研究成果以“Nanosurface-reconstructed perovskite for highly efficient and stable active-matrix light-emitting diode display”为题发表在国际著*期刊Nature Nanotechnology (doi：10.1038/s41565-024-01652-y)上。浙江大学为该论文*一单位，李红金博士为*一作者，叶志镇院士、戴兴良研究员、黄靖云教授为共同通讯作者。

      金属卤化物钙钛矿量子点因其高色纯度、可调节的光电特性和优异的溶液加工性而处于各种光学应用的前沿。钙钛矿量子点在主动显示领域的前景受到不少研究学者的关注。具有强量子限域效应的CsPbI3量子点可以将发光波长调制到纯红色波段，是非常理想的宽色域显示材料。然而，制备应用于PeLED器件的CsPbI3量子点**挑战，这是因为量子点的合成需兼顾小尺寸量子点的稳定性和PeLED发光层的光电传输性能。随着CsPbI3量子点的直径减小到几个纳米，表面特征占主导地位，对材料和器件的影响变得尤为重要。

      表面特征会显著影响多种深能级空位缺陷的产生，对具有高比表面积的小尺寸CsPbI3量子点更加不利。在钙钛矿量子点的表面，传统的油酸/油胺配体与晶格键合能力弱，常导致配体脱落，留下表面空位和相关缺陷。这些缺陷可能作为电荷载流子的陷阱和非辐射复合中心，降低器件的效率和工作稳定性。尽管许多研究学者一直致力于探索新的表面化学来解决这一问题，但基于小尺寸CsPbI3量子点的纯红光PeLED的性能仍有待提高。

      团队采用一种强配位的膦酸介导合成并结合氢*酸刻蚀量子点表面不完整的铅卤八面体，且保留内部完整晶格，实现了量子点纳米表面重构(图1)。表面重构量子点呈现低表面缺陷特征，有助于实现外量子效率为28.5%，100 cd m-2亮度下半衰期30小时的纯红光钙钛矿发光二极管(PeLED)。

图1. CsPbI3 量子点纳米表面重构

      量子点经过表面重构后表面缺陷减少，从而抑制了缺陷导致的非辐射复合过程，提高了发光效率以及热稳定性（图2）。

图2. 量子点薄膜的光学性质及稳定性

      团队还将钙钛矿LED器件进一步与薄膜晶体管背板集成，展示了一种高效、像素独立可控、均匀发射的有源矩阵显示器件（图3）。有源矩阵显示阵列实现了23.6%峰值EQE，10.1 cd A-1的*大电流效率和22.3 h的器件半衰期，与原型PeLED相当。

图3. 有源矩阵PeLED显示器件

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      本文中近红外余辉发光测试使用卓立汉光公司的OmniFluo990稳态瞬态荧光光谱仪完成。OmniFluo990为模块化搭建结构，通过搭配不同的光源、检测器和各类附件，为紫外/可见/近红外发光测试提供综合解决方案，也为钙钛矿光伏器件及钙钛矿量子点显示器件的研发提供有利工具。

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