《ACS AMI》：高效钙钛矿型发光二极管的过量离子诱导效率衰减！

编辑推荐：作者引入了一种简单的氯仿冲洗处理，以去除钙钛矿表面多余的碘，并证明该处理在抑制衰减行为方面非常有效。通过将处理和使用超薄聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）夹层相结合，实现了高亮度PELD，EQE最大值为19.6%。

广泛使用过量的卤化铵来形成钙钛矿是实现高性能钙钛矿发光二极管（PELED）的一种最常用的方法。然而，大多数PELED在高电流密度下会受到严重的外部量子效率（EQE）衰减，从而限制了高亮度PELED和激光二极管的实现。

在这项工作中，来自香港中文大学的研究人员探索了高效甲脒碘化铅（FAPBI₃）基PELED中EQE衰减的潜在机制。通过结合电压相关的电应力测量和PeLEDs离子分布分析，发现电场驱动的迁移和多余碘离子的局部分离通过促进不平衡电荷注入触发EQE衰减。相关论文以题目为“ExcessIon-Induced Efficiency Roll-Off in High-Efficiency Perovskite Light-Emitting Diodes”发表在ACS Applied Materials Interfaces期刊上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c05458?ref=pdf

有机的−无机卤化铅钙钛矿由于其优异的光电性能，包括高光致发光量子产率（PLQY）、可调谐带隙、缺陷容限和高载流子迁移率，在发光二极管和激光器领域显示出巨大的潜力。通过成分调整和电荷注入效率的提高，人们致力于提高钙钛矿型发光二极管（PELED）的外量子效率（EQE）辐射效率，和光提取效率，导致EQE超过20%，已经可以与最先进的有机LED（OLED）和量子点LED（QLED）相媲美。尽管峰值EQE有了很大改善，但大多数PELED在高电流密度区域仍会经历严重的效率衰减，从而限制了高亮度PELED和激光二极管的实现。俄歇复合、焦耳加热和电荷注入不平衡是导致EQE滚降的常见因素。考虑到大多数高效3D钙钛矿发射层是由含有大量过量氟化铵的非化学计量前体形成的，将离子残基作为衰减行为的潜在促成因素是合理的。

在这项工作中，作者系统地探讨了基于三维甲脒碘化铅（FAPbI3）的PELED中EQE衰减的潜在机制。首先，通过插入超薄的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中间层研究了电荷注入效应，发现中间层设计可以显著地将峰值EQE从17.4%提高到21.2%，同时在高电流密度下仅略微降低EQE的衰减。通过结合电压相关的电应力测量和深度剖面X射线光电子能谱（XPS），发现电场驱动的过量碘离子迁移和分离（通过非化学计量前体诱导）通过促进不平衡电荷注入触发EQE衰减。基于这一发现，作者引入了一种简单的氯仿冲洗处理，以去除钙钛矿表面多余的离子残留物，并证明该处理在抑制衰减行为方面非常有效。通过将氯仿处理和PMMA夹层相结合，实现了EQE最大值为19.6%的高亮度PELD。（文：爱新觉罗星）

图1.（a）PeLEDs的能级图(b）EQE和ECE作为电流密度的函数(c） 电流密度−电压和辐射−电压特性(d）EQE-max直方图（e）纯电子器件和（f）纯空穴器件。

图2.EQE的变化。

图3：（a）参考装置，（b）具有PMMA层的装置，以及（c）CF清洗+PMMA装置的低驱动电压（即低于开启电压）下电流注入的物理模型说明；对于（d）参考器件，（e）具有PMMA层的器件和（f）CF清洗+PMMA器件，在高驱动电压（即，高于开启电压）下的电流注入。