研究人员制备出全无机钙钛矿绿光LED,稳定性大幅提高

近日,郑州大学材料物理教育部重点实验室的史志锋副教授等人与吉林大学合作,在新型钙钛矿基发光器件方面取得新进展,成功制备出高效稳定的全无机钙钛矿绿光LED,该器件表现出非常优异的工作稳定性。相关结果发表在《纳米快报》上。

钙钛矿材料最初引起人们的广泛关注是在新型太阳能电池领域,在短短的几年内钙钛矿基太阳能电池已实现超过22%的转换效率,展现出良好的应用前景。但是,受限于钙钛矿薄膜较差的成膜特性以及相对较低的荧光量子效率,其在发光、显示以及激光领域的发展一直比较缓慢。同时,稳定性不高也一直制约着传统有机-无机杂化钙钛矿材料在光电器件中的应用。为了克服以上困难,研究人员尝试采用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点作为发光层来改善器件的发光性能。该新型量子点体系采用简单的低温溶液方法制备,荧光量子效率超过85%,较传统的镉系量子点具有更高的发光纯度。

图1:上方为p-MgNiO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN器件结构示意图,以及器件在8伏偏压下的发光照片;下方为钙钛矿LED连续工作10小时下的发光强度衰减曲线,插图显示在不同工作时间内的器件发光照片。

对于钙钛矿LED而言,工作稳定性是限制其走向实用化的关键。而目前已报道的钙钛矿基LED均是采用有机或聚合物材料作为电荷注入层,其本身的不稳定性不利于器件在大电流下的长时间工作。郑州大学材料物理教育部重点实验室的史志锋等人创新性地采用无机氧化物半导体作为电荷注入层,首次制备出基于CsPbBr3量子点的全无机异质结构(p-NiMgO/CsPbBr3/n-MgZnO/n+-GaN),该器件的亮度可达3809 cd/m2,外量子效率约为2.39%。更重要的是,该多层异质结构器件在无封装、空气环境条件下,可在直流驱动下连续工作10小时以上,其工作稳定性要大大优于采用传统聚合物材料(如PCBM、PEDOT等)作为载流子注入层的钙钛矿LED。该器件结构既可以充分发挥CsPbBr3量子点材料高光学增益的独特优势,又能结合Zn(Mg)O、Ni(Mg)O系薄膜材料工艺成熟、导电稳定和结晶特性良好等优点,对于新型钙钛矿LED的研制及其电致发光的物理机制研究具有重要意义。这对未来高稳定性钙钛矿基LED的设计与发展提供了新的思路,有望推动其产业化进程。

该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及郑州大学优秀青年教师发展基金等项目的支持。




来源:科学网

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