半衰期超过400分钟！吉林大学合作研究，柔性无机钙钛矿LED

导读：本文系统地研究了CsPbBr3钙钛矿薄膜的形貌和结晶化过程，详细研究了以CsPbBr3薄膜为发射层的PeLEDs的性能，分析了衬底温度和沉积速率对PeLEDs性能的影响。稳定性良好，半衰期超过400min，是文献中最好的报道之一。这项研究为开发合适的薄膜生产工艺提供了指导。

制备厚度均匀且致密的CsPbBr₃钙钛矿薄膜的方法有很多。然而，溶液处理过程中溶剂的快速蒸发往往会产生不均匀的薄膜形貌，而CsBr在有机溶剂中的溶解度较低，严重限制了PeLEDs的实际应用。因此，迫切需要开发能克服这些局限性的薄膜制备方法，以制备高效可靠的PeLEDs。

来自吉林大学团队，针对这些问题，发展一种薄膜沉积策略，将无机CsPbBr₃钙钛矿前驱体的热共蒸发与连续热退火相结合。系统地研究了制备的无机CsPbBr₃钙钛矿层的形貌和结晶过程，实验结果首次证实了CsPbBr₃薄膜在制备过程中，晶体尺寸和致密度都可以调节。相关论文以题为“Efficient Flexible Inorganic Perovskite Light-Emitting Diodes Fabricated with CsPbBr3 Emitters Prepared via Low-Temperature insitu Dynamic Thermal Crystallization”发表在Nano Letters。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01550

金属卤化物钙钛矿由于其优异的电学和光学特性，近十年来受到了越来越多的关注。在这些应用中，溶液处理的无机-有机钙钛矿杂化太阳能电池获得了高达25.2%的功率转换效率，这与采用广泛应用的无机半导体的太阳能电池相当。在无机-有机复合钙钛矿得到广泛发展的同时，一组无机CsPbX₃（X=Cl，Br，I）钙钛矿因其潜在的光电应用而得到了研究。与有机-无机钙钛矿杂化材料相比，这些材料具有较高的PLQY，高亮度，窄发射带，溶液可加工性和优异的热稳定性。这些特性使得CsPbX₃材料在钙钛矿基发光二极管中作为发光层具有特别的应用前景。

然而，这些纳米发射材料的中心发射波长和半高宽通常受到量子尺寸效应的限制。此外，CsPbBr₃纳米晶的电致发光（EL）峰随着纳米晶尺寸的增大和温度的升高而发生了明显的变化。还观察到CsPbBr₃纳米晶薄膜的光致发光与溶液中的CsPbBr₃纳米晶相比发生了红移，这与薄膜中较小尺寸纳米晶向较大尺寸纳米晶的能量转移密切相关。胶体纳米晶在CsPbBr₃薄膜制备中的应用带来了新的挑战。

本文研究了以CsPbBr₃薄膜为发射层的大面积柔性PeLED的性能。最佳PeLED在6.5 V下具有极高的亮度约17350 cd/m²。该PeLED具有最大的电流效率约10.3cd/A。此外，PeLED器件在初始亮度为500 cd/m²时具有良好的稳定性，其半衰期超过400min，这是文献中最好的报道之一。

图1（a）CsPbBr₃层热真空共蒸发沉积结合原位动态热结晶工艺原理图。（b）各功能层的结构和带隙能。（c）典型PeLEDS的彩色横截面扫描电子显微镜（SEM）图像。（d）–（f）分别在30℃、60℃和80℃下，以1.0Å/s的标准沉积速率制备的100 nm厚的CsPbBr₃薄膜的代表性顶视图扫描电镜图像，其中嵌入物呈现其相应的晶粒尺寸分布和平均晶粒尺寸。（g）不同温度下制备的CsPbBr₃薄膜表面的相对功函数。

图2.30℃、60℃、1.0Å/s制备的100nm厚CsPbBr₃薄膜的分析：（a）X射线衍射（XRD）谱；（b）稳态光致发光（PL）谱（内部）（制备在ITO/TAPC）和时间分辨PL（TRPL）；（c）和（d）截面SEM图像上。

图3.用原子力显微镜（AFM）研究了在60℃不同沉积速率（a）0.5Å/s，（b）1.0Å/s和（C）1.5Å/s）的玻璃衬底上制备的100nm厚CsPbBr₃薄膜。（d）CsPbBr₃薄膜在0.5～1.5μs的不同沉积速率下生长的示意图。

图4.（a）在不同衬底温度和沉积速率下制备CsPbBr₃薄膜发射层的PeLED器件的电致发光（EL）光谱；在60℃和1.0Å/s下制备CsPbBr₃薄膜发射层。（b）具有代表性的大尺寸（70 mm×20 mm）柔性PeLED的照片。在不同衬底温度和沉积速率下制备CsPbBr₃薄膜发射层的PeLED器件的特性（c）电流密度和亮度（d）电流效率和外量子效率（EQE）。

（文：爱新觉罗星）