南工大黄维院士《Nature》：自发形成亚微米结构的钙钛矿型LED

在钙钛矿前驱体溶液中加入氨基酸添可以有效钝化钙钛矿表面缺陷，减少非辐射复合。钙钛矿型LED的峰值外部量子效率为20.7%。可达到接近最佳性能有机LED的值。

发光二极管（LED）将电转换为光，在现代社会中被广泛应用，例如，在照明、平板显示器、医疗设备和许多其他场合。通常，LED的效率受到非辐射复合（电荷载流子在不释放光子的情况下进行复合）和光捕获的限制。在平面LED（如有机LED）中，器件产生的约70%至80%的光被捕获在设备中，这为提高效率留下了相当大的机会。许多方法已被用于提取LED中捕获的光。然而，这些方法通常涉及复杂的制造工艺，并且可能会扭曲光输出光谱和方向性。

在此，我们一起回顾三年前来自南京工业大学黄维院士团队的一项工作，报道了从溶液处理的钙钛矿中自发形成亚微米级结构的高效和高亮度电致发光，该结构可以有效地从器件中提取光并保持波长和视角无关的电致发光。相关论文以题目为“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”发表在Nature期刊上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0576-2

有机金属卤化物钙钛矿由于其高光致发光量子效率（PLQE）、良好的电荷迁移率和优异的色纯度，是溶液处理LED应用中很有前途的发光材料。为了获得高效率的钙钛矿型LED，人们已经做出了大量的努力来减少非辐射复合并改进PLQE。到目前为止，钙钛矿薄膜的PLQE已经达到了70%，但是器件电致发光的峰值外量子效率（EQE）仍然低于15%。器件物理研究表明，原则上，电荷平衡不是钙钛矿型LED的限制因素。因此，效率的主要损失必须归因于光捕获——这是大多数类型LED的一个普遍的效率限制因素。

在钙钛矿型LED中，光俘获可能比有机LED更严重，因为钙钛矿型LED的折射率远高于有机材料的折射率。在这里，作者展示了通过自发形成的钙钛矿亚微米级结构从钙钛矿LED中有效地提取捕获光。制造过程如图1a所示。器件结构为氧化铟锡（ITO）/聚乙烯亚胺乙氧基化（PEIE）改性氧化锌（ZnO）；厚度30nm）/钙钛矿（约50nm）/聚（9,9-二辛基芴-co-N-（4-丁基苯基）二苯胺）（TFB；40nm）/氧化钼（MoO x；7纳米）/金（金；60纳米）。

图1 |亚微米结构的器件制造和形成。

图2 | AFM高度图像和多行扫描。

图3 亚微米结构钙钛矿薄膜的特性。

图4钙钛矿型LED的光电特性。

已经证明，通过改善光输出耦合，可以增强平面型LED的EQE。然而，传统上这需要复杂的制造工艺，并且很难在不同视角下保持一致的发射光谱。通过使用本文所述的简单策略，在钙钛矿型LED中可以避免这些限制，只需很少的额外制造成本。改善后的钙钛矿型LED的峰值EQE接近性能最好的有机LED。（文：爱新觉罗星）