中国科大制备出大面积、高效率的钙钛矿LED

近日,中国科学技术大学物理学院、中科院强耦合量子材料物理重点实验室及合肥微尺度物质科学国家研究中心的肖正国教授研究组在大面积制备钙钛矿LED领域取得重要进展。

该研究团队使用基于气刀辅助的刮涂法制备出了大面积、高效率的钙钛矿LED,向钙钛矿LED照明的商业应用迈进了重要一步。相关成果以“Large-area and efficient perovskite light-emitting diodes via low-temperature blade-coating”为题,于1月8日发表在《自然通讯》杂志上。

金属卤化物钙钛矿LED因为具有色域广、带隙易于调节、发光半峰宽窄、易于制备等优势,已经成为新一代的LED器件。2014年,首次报道了室温下发光的钙钛矿LED,其外量子效率(EQE)低于1%,短短几年内钙钛矿LED的EQE就已经超过了20%,接近于商用有机LED(OLED)的水平,在照明和显示领域展示出了广阔的应用前景。

但是目前高效率的钙钛矿LED都是基于旋涂法制备而成的,器件面积都很小(mm2量级),无法满足大面积商业照明的需求。刮涂法是一种基于溶液法就能制备出大面积薄膜的方法,但是刮涂法制备钙钛矿薄膜的结晶过程不易控制,制备出来的钙钛矿LED的EQE最高仅为1.1%,其器件面积也仅为9mm2

针对以上问题,肖正国课题组以有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3为研究对象,通过降低钙钛矿前驱液的浓度,引入4-氟苯甲胺,并结合气刀辅助的方法,使薄膜结晶过程中形成更多的成核位点,从而制备出了均匀致密的钙钛矿多晶薄膜,薄膜的表面粗糙度仅为0.8nm。

采用刮涂法制备的大面积钙钛矿薄膜(6cm×9cm),在厚度、表面粗糙度、荧光产率以及荧光寿命等方面都展现出极好的均匀性。采用刮涂法制备的钙钛矿LED器件的EQE最高达16.1%(0.04cm2)以及12.7%(1cm2)。超大面积(28cm2)的钙钛矿LED工作时发出了非常均匀的红光。

同时,课题组也采用刮涂法制备出了基于PEN/ITO衬底的柔性钙钛矿LED,为制备大面积柔性光电子器件奠定了基础。以上工作充分显示了刮涂法制备大面积、高效率的钙钛矿LED的可行性以及将其应用于商业LED照明的巨大前景。

图1,a,钙钛矿LED的器件结构
b,钙钛矿LED性能表征
c,柔性钙钛矿LED器件的照片
d,超大面积的钙钛矿LED器件照片

中国科学技术大学物理系肖正国教授为该论文的通讯作者。物理系博士研究生储胜龙、陈文静以及硕士研究生房志斌为该论文的共同第一作者。本项研究得到国家自然科学基金委、中组部以及中国科大的资助。(来源:中国科大新闻网)

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