「一鍋法」製備鈣鈦礦納米晶複合LED！高穩定性高效率

2020-10-13 材料material

導讀：本文報導了「一鍋法」在高發射率CsPbBr3鈣鈦礦表面製備SiO2/ZrO2包覆層，並對其性能進行了系統測試。這種簡單且易於擴展的方法顯著提高了鈣鈦礦納米晶體的儲存、熱、溼度和輻照穩定性，而不影響其光致發光性能。


鈣鈦礦型混合發光二極體（pc-HLEDs）的研究取得了重大進展。然而，製備高效率長壽命器件仍然是一個重要的研究方向。本文通過溶膠-凝膠法製備了雙金屬氧化物包覆的CsPbBr3@SiO2/ZrO2複合材料。這些納米顆粒顯示出≈65%的光致發光量子產率，在溫度、環境和輻照情況下具有極強的穩定性。在外加電流下具有接近單位轉換效率的pc-HLEDs，效率約為75 lm W−1，並且在100和10 mA下分別具有約200和700 h的最顯著穩定性之一。相關論文以題目為「Meeting High Stability and Efficiency in Hybrid Light- Emitting Diodes Based on SiO2/ZrO2 Coated CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals」發表在Advanced Functional Materials 期刊上。


論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202005401

在過去的幾十年裡，半導體納米晶或量子點（QD），如CdS、CdSe、ZnS和CuInS2等，由於具有高的光致發光量子產率（PLQYs）、窄的發射帶和易於製備等優點，在照明和顯示領域有著廣闊的應用前景。但是，限制，例如（i）合成成本高，需要較長的時間和高溫（ii）由於使用有毒和/或稀土元素，可持續性低被認為是阻礙其在商業照明系統中廣泛應用的巨大障礙。因此，科學界在尋找新的顏色下轉換的替代品方面非常活躍。


在這種背景下，人們正致力於開發具有與量子點類似的光致發光特性的金屬滷化物鈣鈦礦。簡言之，MHPs的優點包括：i）由於發射光譜可在400至700納米範圍內調諧，因此可通過成分調製輕鬆實現顏色調諧；ii）優異的光學和電子性能，如高PLQYs（>80%）；iii）在半最大（FWHM）處縮小全寬，使其具有高純度；iv）色域廣，覆蓋率達到顏色標準的120%，優於QLEDs和商業OLED；v）高缺陷容限；以及vi）溫和的製備環境（低於200°C）。


在這裡，主要的挑戰仍然是改善MHPs在環境條件下的穩定性，即在氧氣和水分存在下的光誘導降解，而不影響器件效率。因此，許多研究小組致力於利用表面工程和組分調製來提高MHPs在環境條件下的自穩定性。前者代表了最有前途的策略，因為例如，金屬氧化物殼層已被廣泛用於保護量子點。其中，TiO2和Al2O3不是完全透明的，嚴重影響了器件的性能。就SiO2塗層而言，其優異的抗環境應力穩定性和透明性使其成為各種塗層材料中最受歡迎的候選材料。（文：愛新覺羅星）


圖1。a）低倍率HRTEM圖像；b）CsPbBr3單晶的HR-TEM圖像。插圖顯示了相應的FFT；c）（b）所示用於圖像分析的HR-TEM圖像區域，顯示d間距為0.59和0.41 nm的晶格條紋，分別與CsPbBr3立方相的（100）和（110）平面一致；d）通過對（c）中所示圖像進行自相關得到的重建圖像，該圖像顯示立方體CsPbBr3的模擬晶體結構沿垂直於（100）平面（向上向量[1–10]）；g）顯示CsPbBr3粒度分布的直方圖，根據TEM分析估計（n=120）。e、f，i）表徵CsPbBr3@SiO2/ZrO2淨化後的粉末：e、 f）兩種不同放大倍數下的TEM圖像和i）XRD圖。


圖2。左圖：照片a）ZTB加入前的反應介質，（b）CsPbBr3@SiO2/ZrO2粉末，以及（c）CsPbBr3@SiO2/ZrO2/PMMA紫外線照射下的照片。右：發射光譜d）CsPbBr3@SiO2/ZrO2粉末和e）CsPbBr3@SiO2/ZrO2/PMMA.


圖3。穩定性測量CsPbBr3@SiO2/ZrO2/PMMA。a）環境儲存條件下PLQY隨時間的變化。b）與溫度相關的發射光譜和加熱時的強度損失（上插圖）和RT時隨時間的強度恢復（下插圖）。c）60℃下24小時發射光譜及其強度（插圖）的變化。d） PLQYs在水溶液中浸泡後隨時間的變化。


圖4。a，b）PMMA和c，d）器件的發射光譜（左）和發光效率（右）的變化CsPbBr3@SiO2/ZrO2/PMMA放置在440 nm LED晶片上的器件在不同的外加電流下工作。

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