无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展EI北大核心CSCD

金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子效率、高色纯度、波长可调和可溶液加工等优异的性能,近年来广泛用于制备发光二极管、太阳能电池、激光器、探测器等半导体器件。其中,铅基钙钛矿发光二极管(Perovskite light emitting diode,PeLED)的外量子效率已经突破了28%。然而,重金属铅的毒性阻碍了其大规模的生产和商业化发展。因此,开发高性能的无铅PeLED成为新的研究热点,在下一代显示和照明领域展现出重要的应用前景。本文综述了无铅PeLED的实现及研究进展,首先介绍了无铅PeLED中的相关基本概念,包括无铅钙钛矿材料特性、器件结构、发光机理等;然后从无铅钙钛矿材料种类的角度出发,阐述了无铅钙钛矿的制备方法,包括旋涂法、热注入法、配体辅助再沉淀法、气相沉积法等;接着总结了实现高性能Sn基、Bi基、Sb基、Cu基等无铅PeLED的方法,包括对材料选取、结构设计、器件性能、工作机理以及发光过程的分析;最后探讨了无铅PeLED目前面临的挑战及其未来的发展机遇。     

基于氟代苯乙胺有机阳离子的准二维钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

近年来,钙钛矿发光二极管(PeLEDs)发展非常迅速,其性能得到了大幅提升,而构筑具有量子阱结构的准二维钙钛矿是开发高性能PeLEDs的有效方法之一。大尺寸有机阳离子是构成准二维钙钛矿的关键组分,对调节准二维钙钛矿的薄膜结构和光电性质具有重要作用。本文通过在铯铅卤化物(CsPb X3)钙钛矿中引入两种单氟取代的溴化苯乙胺(o-FPEABr(邻位取代)和p-FPEABr(对位取代)),采用无反溶剂的一步法制备了准二维钙钛矿薄膜和发光器件,研究了它们对准二维钙钛矿成相分布和器件性能的影响。研究发现,pFPEABr使准二维钙钛矿形成了大量的低维相,特别是具有强激子-声子耦合的二维相,而高维相含量较少。相反地,o-FPEABr能够有效地抑制低维相,并促进高维相的形成,有利于降低非辐射复合和提高辐射复合。形成能计算结果显示,基于p-FPEABr的低维相比基于o-FPEABr的低维相具有更好的热力学稳定性,导致了准二维钙钛矿中成相分布的差异,表明改变氟原子的取代位置能够调控准二维钙钛矿的结晶动力学过程,进而影响器件的发光性能。基于o-FPEABr,我们制备出高效的绿光和蓝光PeLEDs。其中绿光器件的最大外量子效率(EQE)达到了10.27%,发光峰位于521 nm;而蓝光器件的最大EQE也达到了8.88%,发光峰位于488 nm。     

绿色磷光微腔有机电致发光器件研究

使用典型绿色磷光材料Ir(ppy)3作为发光层,DBR和金属Al作为微腔的一对反射镜,制备了结构为Glass/DBR/ITO/Mo O3(1 nm)/Tc Ta(40 nm)/CBP:Ir(ppy)3(40 nm,6%)/TPBI(47 nm)/Li F(1 nm)/Al(80 nm)的绿色磷光微腔有机电致发光器件(MOLED),同时制作了无腔对比OLED器件,研究微腔结构对器件发光性能的影响。发现OLED的电致发光谱(EL)的峰值是510 nm,半峰全宽(FWHM)为70 nm,MOLED的峰值是514 nm,FWHM为35 nm,比OLED窄化了1/2,MOLED的最大亮度、最大电流效率分别为143000 cd/m2和64.4 cd/A,OLED的最大亮度、最大电流效率分别为103000 cd/m2和41.6 cd/A;测试并计算了器件的外量子效率(EQE),MOLED和OLED的最大EQE分别为18.6%和14.3%。结果表明,微腔器件发光性能比无腔器件得到了很大的改善。     

金属/有机界面势垒对单层有机电致发光器件发光效率的影响

基于高场下电荷的注入过程及激子的解离和复合过程,建立了单层有机发光器件电致发光(EL)效率的理论模型。计算表明：(1)当金属／有机界面势垒高度大于0．3eV时,器件的EL效率很低,降低金属／有机界面势垒可以显著提高器件的EL效率;(2)在较低偏压下,注入过程对器件的电致发光效率起主要作用,但在高偏压下复合过程起支配作用。这一模型可以阐明注入和复合过程对有机发光器件EL效率的影响,对选择发光材料、优化器件结构和提高器件EL效率具有指导意义。     

红色磷光微腔有机电致发光器件的发光性能

制备了结构为G/DBR/ITO/Mo O3(1 nm)/Tc Ta(55 nm)/CBP∶Ir(piq)2acac(44 nm,6%)/TPBI(55nm)/Li F(1 nm)/Al(80 nm)的红色磷光微腔有机电致发光器件(MOLED),同时制作了无腔对比器件OLED,研究微腔结构对磷光器件发光性能的影响。研究发现,OLED的电致发光(EL)峰值为626 nm,半高全宽(FWHM)为92 nm;MOLED的发光峰值为628 nm,FWHM为42 nm,窄化了1/2。MOLED的最大亮度、最大电流效率、最大外量子效率(EQE)分别为121 000 cd/m2、27.8 cd/A和28.4%,OLED的最大亮度、最大电流效率、最大EQE分别为54 500 cd/m2、13.1 cd/A和16.6%。结果表明,微腔器件的发光性能与无腔器件相比得到了较大幅度的提升。     

锗合金准二维钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

钙钛矿由于其出色的光电特性,在显示和照明领域具有潜在的应用价值。为降低重金属Pb含量,本文采用锗离子(Ge^(2+))部分取代Pb^(2+)进行合金化,并探索提高其电致发光性能的途径。由于Ge合金化可以使钙钛矿容忍因子更趋近于1,有望提高器件的发光稳定性。结果表明,Ge合金钙钛矿薄膜的光致发光性能在一定水氧条件下可以得到较大幅度提高,器件发光稳定性也同时得到提升。这主要归因于水氧共同作用使合金钙钛矿表面形成了GeO_(2),一定程度上钝化了钙钛矿薄膜表面缺陷,阻止了水氧的进一步渗透。得到的绿光PeLED器件最大外量子效率(EQE_(max))为11.8%,亮度为8×10^(3)cd/m^(2),较非合金化器件的发光寿命延长了3倍,在100 cd/m^(2)初始亮度下稳定性T50从~2 h提升至~6 h,这是目前文献报道Ge合金钙钛矿发光二极管最长的发光寿命。     

采用硫氰酸铵添加剂的高效天蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光器件具有可溶液加工、高发光效率和良好色纯度等诸多优良特性,受到了广泛的关注,但蓝色钙钛矿发光器件发光效率和光谱稳定性等方面的问题限制了钙钛矿材料在照明和显示领域的进一步发展.本工作研究硫氰酸铵添加剂对准二维混合卤化物钙钛矿薄膜形貌、结晶度、光物理和电致发光特性的影响.结果表明硫氰酸铵能有效钝化准二维混合卤化物钙钛矿薄膜的缺陷,提高结晶度,调节相分布,从而改善其电荷传输特性和发光效率.硫氰酸铵浓度为20%的准二维钙钛矿发光二极管的发光峰值波长位于486 nm处,器件的最大外量子效率为5.83%,最大亮度为1258 cd/m~2,分别比未添加硫氰酸铵的器件提升了 6.7倍和3.6倍,同时器件发光光谱稳定性和驱动稳定性也得到了明显的提升.本研究为提高蓝色准二维混合卤化物钙钛矿发光二极管的特性提供了一种简单有效的方法.     

新型蓝光OLED材料和器件

基于有机材料的电致发光技术可以应用于超薄平面显示和有机固体激光器等方面,在近20年来取得了飞速的发展,基本实现了红、绿、蓝三基色发光.绿色材料发展最快,基本达到了商业化实用阶段,而红色和蓝色材料的问题较多,特别是稳定、高效率的蓝光更具有挑战性.综述了近期我们对蓝光材料的分子设计与合成,以及蓝光器件的一些研究.主要包括金属络合物2,3-二甲基-8-羟基喹啉锂和聚芴衍生物树枝状的聚芴化合物的蓝光材料,以及利用基激复合态实现蓝光的电致发光器件.通过光致发光、电致发光光谱以及电压-电流-发光亮度特征曲线等研究了这些发光材料和器件的性质.现在蓝光器件的色纯度和工作寿命还有待提高.     

蓝光钙钛矿发光二极管:机遇与挑战

基于金属卤化物钙钛矿材料制备的发光二极管(LED)发展迅速,短短五年内,近红外、红光和绿光钙钛矿发光器件的外量子效率均超过了20%,在显示与照明领域展示出很好的应用前景.然而,蓝光钙钛矿LED的性能相对较差,制约了钙钛矿LED在全色显示领域的应用.目前,实现钙钛矿蓝光主要有两种方式,一种是基于卤素掺杂的组分工程,另一种是基于量子限域效应的维度调控.本文主要介绍了基于这两种方法的蓝光钙钛矿LED的发展历程,讨论了蓝光钙钛矿LED面临的主要问题,并对如何提升蓝光钙钛矿LED性能进行展望.     

Cs掺杂FAPbBr3薄膜变温光学特性及光伏器件设计

甲脒(FA)基钙钛矿比甲胺(MA)基钙钛矿具有更高的内在稳定性，而无机Cs离子掺杂可以进一步提高钙钛矿的湿度、热和结构稳定性。通过一步反溶剂法制备了Cs掺杂的FA_1-x Cs_xPb Br₃ (x=0,0.05,0.10,0.15)钙钛矿薄膜，采用椭圆偏振光谱研究了材料的复介电函数并以此进行外量子效率(EQE)模拟。EQE模拟结果显示掺杂比例为0.05时，钙钛矿薄膜具有最高的功率转换效率(PCE)，可达23.47%。进一步对FA_0.95Cs_0.05Pb Br₃进行变温椭偏分析，发现：随着温度升高，材料带隙增大，在393 K左右，从变温复介电函数的二阶导谱中可观察到相变现象，钙钛矿材料由正交相转变为四方相。对基于FA_0.95Cs_0.05Pb Br₃的太阳能电池进行变温EQE模拟，结果表明：温度对器件的最高PCE影响不大，其效率可以稳定在23.47%左右，但是高温会导致器件近红外区的外量子效率降低...     

一种新型有机聚合物深红色发光材料的合成及发光特性的研究

合成了一种深红色发光的聚苯乙烯喹啉(PPV-Q)材料,研究了其光致发光,电致发光及吸收光谱。这种材料在紫外和蓝光区具有很强的吸收能力,波长为463 nm的光对此材料具有最高的激发能力。用此材料作为发光层制备了ITO/PPV-Q/Al结构的电致发光器件,发光光谱的中心波长为670 nm,发光光谱的半高全宽为90 nm左右。在不同驱动电压下,器件电致发光的色坐标(x=0.67, y=0.32)基本上没有变化, 是一种深红色的电致发光。器件中的电流随驱动电压的增加而明显增强,导致器件稳定性的降低。     

两种蒽衍生物类深蓝光材料的合成与发光性能

利用Suzuki偶合反应合成了两种新的蒽衍生物9,10-二(2-联苯基)蒽(BBPA)和9,10-二[2-(α-萘基)苯基]蒽(BNPA),化合物结构通过核磁、质谱及元素分析进行了表征。量子化学计算结果显示,这两种化合物都具有非共面的分子结构,光物理性能主要决定于分子中的蒽结构单元。这两种化合物在二氯甲烷溶液中均可发射高效率的蓝光。BBPA在固态薄膜状态下的发射光谱相对其二氯甲烷溶液的发射光谱明显变宽,而BNPA的固态薄膜并未发生光谱变宽现象。分别利用化合物BBPA和BNPA作为发光层材料,制备出了非掺杂的深蓝光电致发光器件。发光层为BBPA的电致发光器件的最大外量子效率和CIE色坐标分别为2.48%和(0.16,0.09);基于BNPA的电致发光器件的最大外量子效率为2.68%,CIE色坐标为(0.15,0.07)。所制备的这两种器件均表现出了较低的开启电压和良好的稳定性。     

级联敏化三元旋涂型磷光器件电致发光性能

金属配合物磷光分子在高浓度下易产生发光猝灭,通常采用主客体两元掺杂结构来提高电致发光效率。热激活延迟荧光(TADF)材料通过三线态激子的反向系间窜越理论上可达到100%的内量子效率。为探究不同主体材料在三元敏化磷光体系中的作用,本文基于TADF聚合物作为敏化剂、黄橙光磷光配合物作为发光材料,分别研究了以传统荧光材料和蓝色TADF主体构建的三元敏化的旋涂型有机电致发光器件性能。研究表明,在客体浓度分别为1%、5%、50%时,基于TADF主体的器件电致发光性能均优于相同浓度下以传统荧光主体构建的器件性能。其中当磷光配合物PO-01-TB掺杂浓度为1%时,以天蓝光TADF材料为主体制备的器件最大外量子效率为12.2%,相较于以传统荧光为主体的器件外量子效率(10.7%)提高了14%。这源于本身具有双极传输特性的TADF主体通过反向系间窜越通道增强了对敏化剂和客体的级联能量传递作用,减少了三线态激子的浓度猝灭和湮灭过程,提高了大电流注入下的激子利用率。     

溶液法制备的金属掺杂氧化镍空穴注入层在钙钛矿发光二极管上的应用

甲脒基钙钛矿(FAPbX_3)纳米晶(NCs)具有成本低、色纯度高、吸收范围广、带隙可调等特点,在照明显示与光伏领域中表现出良好的应用前景.然而传统钙钛矿发光二极管(LEDs)的空穴注入层材料——PEDOT:PSS,由于其固有的吸湿性和酸性,严重影响着器件的稳定性,而器件的稳定性始终是阻碍钙钛矿发光器件成为实际应用的关键因素之一.本文首次使用溶液法制备的氧化镍(NiO)薄膜作为溴基甲脒钙钛矿(FAPbBr_3) NCs LEDs的空穴注入层,降低空穴注人层对钙钛矿发光层的影响,获得了高效且稳定的钙钛矿发光器件,器件寿命是基于PEDOT:PSS的器件的2.3倍.通过适当浓度的金属掺杂(Cs:NiO/Li:NiO),可以有效改善器件的电荷平衡,从而进一步提高FAPbBr_3 NCs LEDs的性能.基于掺杂2 mol%Cs的NiO的器件表现出最优异的光电性质,其最大亮度,最大电流效率,峰值EQE分别为2970 cd·m~(-2),43.0 cd·A~(-1)和11.0%;相比于传统的PEDOT:PSS基的器件,效率提高了近2倍.     

紫外有机发光器件的激子形成区域优化与掺杂调控

采用空穴传输兼发光层CBP和电子传输兼发光层TAZ构建了紫外有机电致发光器件(UVOLED),通过调控功能层厚度可以优化激子形成区域,进而改善器件性能。实验结果表明:CBP厚度的变化对器件性能影响甚微,而TAZ厚度变化则有显著影响。当CBP和TAZ厚度分别为50 nm和30 nm时,获得了最大辐照度为4.4 m W/cm2@270 m A/cm2、外量子效率(EQE)为0.94%@12.5 m A/cm2,发光来自于CBP主发光峰~410nm以及TAZ肩峰~380 nm的UVOLED器件。在此基础上,通过在CBP/TAZ界面引入超薄[CBP∶TAZ]掺杂层可以加速激子复合,降低器件驱动电压,同时还有利于改善载流子平衡性,提高发光效率(最大EQE达到了0.97%@20 m A/cm2)而不影响光谱特性。     

掺磷光材料有机电致发光器件的能量传递

将高量子效率的磷光材料fac-tris-2-phenylpyridine iridium(III) (Ir(ppy)3)按不同的比例掺杂到具有载流子传输能力的主体材料poly(N-vinylcarbazole) (PVK)中作为发光层制备磷光电致发光器件。通过对器件发光机制的研究,发现光致发光过程中起主导作用的是Fo¨ster能量转移机制;而在电致发光过程中,器件的发光性能受Dexter能量转移和电荷陷获2种能量传递形式的影响。器件的I-V-L特性表明：Ir(ppy)3的掺杂比例为5%时,器件的光功率效率最大,能量转移最充分。     

基于N型纳米晶硅氧电子注入层的钙钛矿发光二极管

钙钛矿材料由于其禁带宽度可调、光致发光量子产率高、色纯高等优点,使得其在发光器件上具有巨大的应用潜力.电子注入材料是钙钛矿发光器件中的重要组成部分,特别是n-i-p型发光器件,其直接影响后面钙钛矿的生长情况.本文通过向钙钛矿发光二极管中引入一种新型电子注入材料,n型纳米晶硅氧(n-ncSiO_x:H)借助于n-nc-SiO_x:H薄膜平滑的表面,有效地提高了沉积钙钛矿薄膜的结晶质量,同时其能带结构更加匹配,有效地降低了电子的注入势垒.为了进一步提升器件性能,向钙钛矿材料中引入合适比例的甲基溴化胺(MABr)、氯苯反溶剂中引入一定量的苯甲胺(PMA),通过MABr和PMA的协同作用提高了钙钛矿薄膜的覆盖率,降低了钙钛矿薄膜表面的缺陷密度,抑制了钙钛矿薄膜退火过程中的发光猝灭,最终获得了最大电流效率为7.93 cd·A~(-1)、最大外量子效率为2.13%的n-i-p型钙钛矿发光二极管.     

基于共价有机聚合物空穴注入层的钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

卤化物钙钛矿(ABX)量子点及其发光器件具有色纯度高、外量子效率高以及在可见光范围内可调等特点,近年来在照明、显示等领域中展现出巨大潜力。然而,钙钛矿量子点发光二极管(PeQLEDs)的稳定性正成为制约其商业应用的最大障碍,除了钙钛矿发光层本身的稳定性问题之外,传输层的水氧稳定性问题也不可忽略。为了解决这一发展过程中的难题,我们提出了基于氮唑类单体构筑共价有机聚合物材料(COP-N)替代传统的PEDOT∶PSS作为空穴注入层材料的新型PeQLEDs。我们发现COP-N具有本征的水氧稳定性,且与PVK之间的空穴注入势垒更小。这些特性使得基于COP-N的PeQLED在取得比PEDOT∶PSS更好发光效率的同时实现了近2倍的稳定性提升。我们认为,这种共价有机聚合物有望成为新型的空穴注入材料,实现高效稳定的钙钛矿电致发光,促进钙钛矿发光器件的发展。     

高效率有机蓝光和白光电致发光器件

以蓝光材料FIrpic同时掺杂空穴传输层TCTA和电子传输层TPBI,制备了具有双发光层的高效率蓝光器件(D-BOLED),D-BOLED最大发光效率达23.4 cd/A,比单发光层蓝光器件(S-BOLED)提高了约36.8%.这是因为双发光层结构能够更有效地利用扩散到激子复合界面两边载流子传输层的三线态激子.结合基于...     

不同电极对蓝光有机电致发光器件性能的影响

利用高真空多源型有机分子沉积系统分别制备了不同负电极为Al、LiF/Al和Mg:Ag的有机小分子多层电致发光器件,比较了不同负极对以五苯基环戊二烯（PPCP）为发光层的蓝光有机电致发光器件性能的影响,发现以LiF/Al作负极的器件在综合性能上优于其它器件。其中器件ITO／TPD／PPDP／Alq/LiF/Al蓝光发射的最大发光亮度达2375cd/m^2,最大发光效率为0.26lm/W.