金属卤素钙钛矿发光二极管（perovskite light-emitting diodes，PeLEDs）适用于溶液法制备，具有色纯度高和光谱连续可调等独特优势，在未来高质量显示领域有着巨大的发展潜力。在科研工作者的共同努力下，红光和绿光PeLEDs在短短几年内实现了外量子效率（external quantum efficiency，EQE）突破25%，与传统发光技术（如有机发光、量子点发光）相当。然而，蓝光PeLEDs的发光效率仍然处在较低的水平，这成为了阻碍钙钛矿发光技术商业化发展的最大障碍之一。近日，苏州大学唐建新教授课题组在该研究领域取得了新突破（Adv. Funct. Mater. 2022, DOI: 10.1002/adfm.202206574）。
尽管人们通过材料和器件的协同优化已经有效实现了PeLEDs发光性能的提升，然而钙钛矿发光晶体表界面广泛存在的缺陷仍然严重制约着PeLEDs发光性能的进一步发展。尤其对于宽带隙混合卤素蓝光钙钛矿来说，晶格缺陷不仅会形成大量的隙间缺陷态、捕获载流子、减低辐射复合效率，而且会加重电压驱动下的卤素迁移、导致不同卤素相分离、造成器件光谱的不稳定和发光效率的进一步下降。针对该问题，选取合适的缺陷钝化材料对混合卤素蓝光钙钛矿进行晶体修饰成为提升器件性能的关键。本文报道了采用具有三叉构型的聚六亚甲基二异氰酸酯（PHDI）作为蓝光钙钛矿发光材料的缺陷钝化剂，优化了发光薄膜的光物理特性，实现了发光量子产率的显著提升。
图1.蓝光钙钛矿的缺陷钝化（来源：Adv. Funct. Mater.）
作者通过核磁共振碳谱（13C NMR）测试对比发现，PHDI与Pb的作用发生在该低聚物外侧的异氰酸酯基团，即钙钛矿发光薄膜的缺陷钝化效果源于PHDI外侧异氰酸酯基团与Pb的配位作用，减少了晶格中未配位的Pb，抑制非辐射复合。作者进一步采用第一性原理DFT计算来探究PHDI对于存在卤素空位钙钛矿的作用效果，发现PHDI可以有效地减少缺陷态的产生；并且可以提升卤素空位的形成能，抑制卤素空位缺陷的产生。
图2.钝化剂PHDI结合钙钛矿的DFT计算（来源：Adv. Funct. Mater.）
从蓝光PeLEDs器件性能表征来看，PHDI的加入不会对器件的电学性能造成不利影响，改性后的PeLEDs实现了发光亮度和效率的巨大提升，最大的EQE达到了14.82%，创造了目前PeLEDs在蓝光波段的效率记录。
图3.蓝光PeLEDs的器件性能测试（来源：Adv. Funct. Mater.）
与此同时，PHDI改性的器件显示出更长的工作寿命，并且在持续工作情况下保持了发光光谱的基本稳定。除此之外，由于PHDI低聚物分子较大的空间位阻,改性发光薄膜的空气稳定性得到了显著增强，未封装的PeLEDs在空气环境中仍然保证了不错的光谱和工作稳定性。
图4.蓝光PeLEDs的寿命和光谱测试（来源：Adv. Funct. Mater.）
综上，作者采用具有异氰酸酯基团的三叉状低聚物对蓝光钙钛矿材料进行修饰，实现了发光薄膜光物理特性的优化，成功制备了高效稳定的天蓝光PeLEDs。这一成果近期以“Multifunctional Crystal Regulation Enables Efficient and Stable Sky-Blue Perovskite Light-Emitting Diodes”为题发表在Adv. Funct. Mater.上，第一作者为苏州大学沈阳博士，通讯作者为华东师范大学李艳青教授和苏州大学唐建新教授。 
