南科大-哈工大-上大：一种新的界面工程，提高钙钛矿型LED效率！

编辑推荐：通过十二烷基硫酸钠-氧等离子体(SDS-OP)层钝化了钙钛矿薄膜的电子表面陷阱态，抑制了NiOX对激子的猝灭。这些改进抑制了NiOX-−钙钛矿界面的非辐射衰减。结果表明，CsPbBr3 LED的外量子效率从0.052%提高到2.5%，FAPbBr3纳米晶的外量子效率从5.6%提高到7.6%。

氧化镍(NiO_X)具有成本低、稳定性好、制备工艺简单等优点，是一种很有前途的钙钛矿型发光二极管(PeLED)空穴传输材料。然而，由于NiO_X-−钙钛矿界面的空穴注入效率低下和激子猝灭，极大地限制了NiOx基PELED的电致发光效率。

来自南方科技大学、哈尔滨工业大学、上海大学等单位的研究人员们合作，提出了一种新的十二烷基硫酸钠-氧等离子体(SDS-OP)界面工程方法，可以同时克服上述问题。实验结果表明，在包覆SDS的NiOX表面进行短暂的OP处理，可以显著加深NiO_X功函数(从4.23 eV到4.85 eV)，这是因为形成了一个大的表面偶极子，从而允许有效的空穴注入。相关论文以题目为“Boosting the Efficiency of NiO_x‑Based Perovskite Light-Emitting Diodes by Interface Engineering”发表在ACS Appl. Mater. Interfaces期刊上。

论文链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c16139

溶液法制备的金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电性能，如高载流子迁移率、高颜色纯度和易于颜色可调等，已经成为一类很有前途的发光二极管(LED)材料。随着钙钛矿合成技术的发展和器件架构，器件的性能在过去几年中得到了显著的提高。最近，使用具有绿色、红色和近红外发射的钙钛矿型LED(PeLED)，获得了超过20%的令人印象深刻的外部量子效率(EQE)，使其可与最先进的有机LED和量子点LED相媲美。

目前，最常用的p型材料是PEDOT:PSS。然而，PEDOT:PSS会严重腐蚀铟锡氧化物(ITO)阳极，从而导致In和Sn原子的释放。被认为是激子猝灭位置的In和Sn原子可以扩散到钙钛矿层中，加速PeLED的退化，对器件的长期稳定性构成了严重的威胁。无机p型半导体如碳量子点、NiOx、和铜硫化物等具有优异的载流子迁移率、高透过率和良好的化学和物理稳定性，是钙钛矿型LED的替代空穴传输材料。其中，NiOx由于具有宽禁带、电子结构易调谐以及良好的电子阻挡能力等p型特性而格外吸引人。

最近，Lee和他的同事通过成分、尺寸和界面调制制备了高质量的钙钛矿发射体，并展示了NiO_X基PeLED的最高EQE达到14.6%和提高了操作稳定性，揭示了NiO_X薄膜作为高性能PeLED空穴传输材料的潜力。然而，从设备的角度来看，一些根本性的问题仍然挥之不去。例如，以往对NiO_X基PELED的研究主要集中在钙钛矿型薄膜的制备及其相关材料的设计上。对NiO_X−钙钛矿型界面的仔细修饰及其对电致发光的影响在很大程度上还没有被探索。先前报道的NiO_X基钙钛矿光伏已经被证实，NiO_X−钙钛矿界面的表面陷阱不仅可以熄灭光致发光(PL)发射，而且还会损害钙钛矿层的结晶度和稳定性。

此外，NiO_X−钙钛矿界面存在很大的能级失配，这对辐射复合速率和器件性能有不利影响。因此，控制NiO_X-−钙钛矿界面性质，以有效地空穴注入和保持钙钛矿薄膜中的优良发射体，是提高器件效率的有效途径。本文介绍了一种基于十二烷基硫酸钠-氧等离子体(SDS-OP)的新型界面处理方法，通过在涂有十二烷基硫酸钠-氧等离子体(SDS-OP)的NiOX表面进行短暂的OP处理来改善NiOX-−的界面性能。

图1。(A)涂覆在石英衬底上的NiOX-OP和NiOX/SDS-OP薄膜的透过率光谱。B)NiOX-OP和(C)NiOX/SDS-OP薄膜的FE-SEM图像。(D)在ITO/NiOX-OP和ITO/NiOX/SDS-OP衬底上沉积的钙钛矿薄膜的X射线衍射(XRD)、(e，f)FE-SEM图像和(G)晶粒尺寸分布。(H)ITO/NiOX-OP和(I)ITO/NiOX/SDS-OP衬底上沉积的钙钛矿薄膜(10nm和50 nm)的Pb4f XPS谱。

图2.(A)石英/NiOX-OP/钙钛矿和石英/NiOX/−-OP/钙钛矿薄膜在空气中的光稳定性，(B)稳态PL，(c，SDS，e)Ta，和(F)时间分辨光致发光光谱。插图(B)显示了钙钛矿型薄膜在紫外光照射下的荧光照片。

图3.(A)CsPbBr3发光二极管的器件结构和(B)能级图。(C)含NiOX-OP和NiOX/SDS-OP的CsPbBr3LED的J-−V和(D)L-−J−等式曲线。插图(C)显示了含有NiOX-OP和NiOX/SDS-OP的CsPbBr3发光二极管的电致发光(EL)光谱。(E)FAPbBr3NC膜的FE-SEM图像。(F)含NiOX-OP和NiOX/SDS-OP的FAPbBr3LED的L-−J和(G)电流效率(CE)−J−等式曲线。插图(F)显示了含有NiOX-OP和NiOX/SDS-OP的FAPbBr3LED的电致发光光谱。(H)薄膜的稳态荧光光谱。

总的来说，作者展示了一种新的基于SDS-OP的界面工程方法，该方法可以实现高效的NiO_X基PeLED。易于加工的SDS-OP层在提高器件效率方面起着多重作用。它有助于提高空穴注入能力，钝化钙钛矿薄膜的电子表面陷阱态，抑制NiO_X对激子的猝灭。经过这些有益的改进，CsPbBr₃ LED的EQE从0.052%提高到2.5%，FAPbBr₃纳米晶的EQE从5.6%提高到7.6%。（文:爱新觉罗星）