中国科学技术大学合作最新Nature

钙钛矿发光二极管(LED)由于其快速提高的外量子效率(EQEs)而引起了广泛的关注。然而，大多数钙钛矿LED的高EQEs是在低电流密度(<1 mA cm−2)和低亮度下报告的。效率降低和在高亮度下的快速降解抑制了它们的实际应用。

2023年3月15日，中国科学技术大学崔林松及剑桥大学Neil C. Greenham共同通讯在Nature 在线发表题为“Bright and stable perovskite light-emitting diodes in the near-infrared range”的研究论文，该研究展示了在高亮度下具有优异性能的钙钛矿LED，通过引入一种多功能分子来实现，该分子同时去除钙钛矿薄膜中的非辐射区域，并抑制钙钛矿与电荷传输层界面处的发光猝灭。由此产生的LED发射800 nm的近红外光，在33 mA cm−2 时显示23.8%的峰值EQE，在高达1,000 mA cm−2 的高电流密度下保持10%以上的EQE。

在脉冲操作中，它们在4000 mA cm−2 的超高电流密度下保持16%的EQE，以及超过3200 W s−1 m−2 的高亮度。值得注意的是，在初始亮度为107 W s−1 m−2 的情况下，工作半衰期为32 h，这代表了在高亮度水平下EQE超过20%的钙钛矿LED的最佳稳定性。在高亮度下高效稳定的钙钛矿LED的演示是迈向商业化的重要一步，并开辟了超越传统LED技术(如钙钛矿电泵浦激光器)的新机会。

可溶液加工的金属卤化物钙钛矿具有高颜色纯度、可调谐的发射波长和优异的电荷传输性能。它们被认为是低成本、灵活性和重量轻的高性能发光二极管(LED)的潜在候选。在过去的十年中，钙钛矿LED得到了广泛的优化，通常通过加入分子添加剂，并且已经实现了超过20%的外部量子效率(EQEs)。

更高效的钙钛矿LED的出现仍在继续，同时在低亮度下的稳定性也有所提高。然而，高EQEs和改善的稳定性主要是在低电流密度和低亮度下报道的。保持高亮度下的EQE和稳定性已经是钙钛矿led商业化的关键挑战。

该研究设计了一种多功能分子2-(4-(methylsulfonyl)phenyl)ethylamine (MSPE)来操纵三维立方相2-(4-(methylsulfonyl)phenyl)ethylamine(FAPbI3)钙钛矿的光电、晶体和形态特性，并演示了在高亮度下高效和操作稳定的近红外(NIR)钙钛矿LED。

钙钛矿LED结构与性能（图源自Nature ）

MSPE通过去除钙钛矿薄膜中的非辐射暗区来提高结晶度和光致发光效率，并诱导均匀发射。作为一种多功能添加剂，MSPE还在钙钛矿与电荷传输层的界面处提供了猝灭的屏障。此外，MSPE器件的焦耳加热减少，这使得在超高电流密度下保持高EQE并减少热降解。由此产生的LED发射800 nm的近红外光，在33 mA cm−2 时显示23.8%的峰值EQE，在高达1,000 mA cm−2 的高电流密度下保持10%以上的EQE。

在脉冲操作中，它们在4000 mA cm−2 的超高电流密度下保持16%的EQE，以及超过3200 W s−1 m−2 的高亮度。值得注意的是，在初始亮度为107 W s−1 m−2 的情况下，工作半衰期为32 h，这代表了在高亮度水平下EQE超过20%的钙钛矿LED的最佳稳定性。在高亮度下高效稳定的钙钛矿LED的演示是迈向商业化的重要一步，并开辟了超越传统LED技术(如钙钛矿电泵浦激光器)的新机会。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05792-4

转自：“iNature”微信公众号

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