首尔大学《AMI》综述：从界面层工程看结构设计对PeLED协同效应

金属卤化物钙钛矿结构(MHP)发光二极管(LED)由于具有溶液可加工性、带隙可调、色纯度极高、迁移率高等吸引人的特性，得到了广泛的研究，其外量子效率已达到20%以上。在钙钛矿型发光二极管(PeLED)的快速发展过程中，改变晶体质量以获得接近均匀的发光量子产率得到了广泛的研究。然而，设备体系结构工程方面的努力尽管意义重大，但受到的关注较少。

本文综述了通过界面电荷注入/输运、激子猝灭阻挡和缺陷钝化层增强辐射电子-空穴复合等器件工程方法来提高PeLED效率的研究进展。系统地对PeLED器件的每一层策略进行了分类，并讨论了不同策略之间的协同效应。展望了未来对PeLED的研究方向，重点研究了PeLED的体系结构。相关论文以题目为“Understanding the Synergistic Effect of Device Architecture Design toward Efficient Perovskite Light-Emitting Diodes Using Interfacial Layer Engineering”发表在Advanced Materials Interfaces期刊上。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202001712

1.引言

金属卤化物钙钛矿(MHP)是化学式为ABX₃的离子晶体，其中A为一价阳离子(如甲基铵(MA⁺)、甲酰胺(FA⁺)和Cs⁺)，B为二价金属阳离子(如Pb²⁺、Sn²⁺)，X为卤化物阴离子(Cl⁻、Br⁻、I⁻)。MHP因其优异的电学和光学性能而备受关注，在太阳能电池、激光器、光电探测器、和发光二极管(LED)等光电子学领域显示出巨大的应用潜力。在这里，作者系统地回顾了通过设备架构工程提高PELED效率的策略(图1)。各种修改HTL和ETL以克服与电荷平衡、载流子注入和界面猝灭相关的问题的策略按照图1的分类进行了分类和回顾。

图1.实现高效PeLED的设备架构设计策略。

2. HIL和HTL工程

HIL和HTL是促进空穴注入发光层的关键层。常用的HIL是PEDOT：PSS，具有良好的透明性和导电性。随后，其他HIL如氧化镍(NiO_X)和HTL如Poly-TPD、PVK (EQE超过10%)也被报道用于PeLED。每种材料都有不同的特性，因此必须清楚地了解它们的特性才能提高器件效率。

图2.a)PEDOT：PSS和b)PSS-g-PANI的化学结构。C)在PEDOT：PSS和PSSg-PANI上旋涂MAPbBr3薄膜的工艺示意图。D)拉默图。E)基于修正的Lamer图，MAPbBr3在PEDOT：PSS和PSS-g-PANI上结晶。

3.缺陷钝化层

理论计算表明，MHP晶体中产生的大部分缺陷都是浅的，不能诱导非辐射复合。然而，许多实验结果表明，MHP中缺陷的钝化可以增加PLQY。此外，缺陷可以允许水分或氧气渗透，从而启动了MHP晶体中的各种退化机制。特别是离子缺陷，如卤化物空位，可以显著降低离子迁移的激活能，并在外加偏压下导致PeLED的退化。因此，为了获得高效和稳定的PeLED，MHP层中的缺陷必须钝化。

图3钙钛矿层上的缺陷钝化层。A)钙钛矿层用Lewis酸或Lewis碱钝化的机理。没有EDA钝化层的MAPbBr3b)和有EDA钝化层的MAPbBr3的共聚焦荧光图像。D)能级的理论计算和e)不同终端氧源的PLQY实验结果。F)亮度和g)有无TOPO钝化层的镀膜的电流效率。

4.绝缘体/MHP/绝缘体结构

图4.a)传统PELED(左)和基于IPI结构的PELED的工作机制示意图(右)。电流主要通过钙钛矿结构的缝隙漏出，而基于IPI结构的PELED则表现出相反的趋势。b)基于IPI结构的全无机PeLED的能带结构示意图。c)报道的PeLED的电致发光性能。

本文着重介绍了提高PELED效率的几种界面工程策略：(1)充分的能带排列以降低注入势垒和增强电荷注入；(2)电荷阻挡以减少漏电流和限制MHP层中的激子；(3)为平滑的MHP层调整表面能；以及钝化表面缺陷以减少激子猝灭。提出的策略可以普遍适用于所有的PeLED，并将为进一步提高PeLED的效率提供洞察力。(文：爱新觉罗星)