北交大《JPCC》：溶剂蒸气退火对一种钙钛矿型发光二极管的影响

编辑推荐：在这项工作中，作者尝试用四种常用有机溶剂进行了比较研究。N,N-Dimethylformamide (DMF) 被证明是提高器件性能的最有效的方法。为了全面了解薄膜的内部物理机制，主要研究了薄膜的结晶度、电子−空穴复合动力学和电致介电响应。

溶剂蒸气退火等后处理方法是制备高质量准二有机−无机杂化钙钛矿(OIHP)的有效方法。当前对于准2D OIHP的光电性质的研究还很欠缺。来自北京交通大学等单位的研究人员采用四种常用有机溶剂制备钙钛矿型发光二极管(PeLED)。相应的PELED最大发光亮度约为3.1×10⁴cd/cm²，效率约为11.4cd/A，实验测得开启电压约为2.1V。该方法在降低复合电阻、晶粒尺寸和介电常数等方面具有增强电子−空穴复合的优点。尽管如此，对于高色纯度的电致发光的半高全宽可以得到显著的抑制。相关论文以题目为“Effectiveness of Solvent Vapor Annealing on Optoelectronic Properties for Quasi-2D Organic−Inorganic Hybrid Perovskite Light Emitting Diodes”发表在Journal of Physical Chemistry C期刊上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c09737

近年来，有机−无机杂化钙钛矿材料在钙钛矿型发光器件的开发中取得了显著的进展。其优点主要在于它们可以在低温下进行溶液处理。它们的光学和电学性能可以通过溶液手段进行调节，这使得它们在未来的高色纯度、低成本和大规模平板化应用中非常有前途。在这方面，材料加工和器件工程变得至关重要。尽管如此，一些密集的研究完全集中在通过优化结晶度来优化有机高压工艺条件。真空热退火和纯氮环境中的热退火是两种最常用的OIHP结晶和再结晶方法。

溶剂蒸气退火(SVA)是一种用于材料在热处理过程中结晶的后处理和有效的薄膜制备方法。在一些高质量的有机薄膜和共混物的制备中取得了很好的效果。SVA过程中，将一种材料与有机溶剂一起放置在一个温度可控的工作台上，并将其与一种有机溶剂一起放置在一个封闭的环境中。在一定的退火温度下，它驱动薄膜结晶，有机溶剂逐渐扩散到材料内部，同时影响其纳米形貌。因此，一些光电性质，如载流子迁移率、相分离和质量传输会受到很大影响。有机溶剂对材料性能的影响实际上主要取决于其极性和沸点。极性蒸汽对钙钛矿表面的侵蚀起作用，从而重建薄膜的形貌。

图1.(A)SVA工艺示意图；(b−d)由ITO/PEDOT：PSS/PEA₂(MAPbBr₃)_n−1PbBr₄/Bphen/Ag组成的PELED的J-V、L-V和η-特性曲线。用CB、IPA、DMF和DMSO四种不同的有机溶剂处理了发光层。

图2. PEA₂(MAPbBr₃)_n−1PbBr₄准2DPEA₂(MAPbBr₃)_n薄膜(A)未处理和(B)处理的扫描电镜图像。有机溶剂为DMF。(C)两种薄膜的X射线衍射谱。

图3。(A)使用和不使用SVA方法的薄膜的SSPL和(B)TRPL谱。有机溶剂为DMF。

图4。(A)在黑暗条件下测量的带SVA-DMF处理和不带SVA-DMF处理的抛光的阻抗谱；实心红线是拟合曲线。插图是等效的电子电路。RS和Rrec分别表示串联电阻和复合电阻。(B)从两个PeLED获得的电致发光光谱。所有测量的偏置电压设置为3V。

与传统的热退火不同，热退火可能涉及晶体结构的破坏、膨胀和分层，SVA与质量吸收直接相关。在SVA过程中，有机溶剂出现在其气相中。它可以缓慢软化材料，促进相变。溶剂分子与材料表面相互作用，并扩散到材料内部。在这种情况下，二甲基甲酰胺更适合用来制备。尤其重要的是，当人们处理二维和准二维的OIHP时，它们的相分离、晶体排列和层状排列都是复杂的。这样的方法可能有利于降低亚稳态材料的势垒，以热力学上有利的方式让位于材料的自组织。（文：爱新觉罗星）