准二维蓝光钙钛矿发光二极管的研究进展

蓝光钙钛矿发光二极管（PeLEDs）是钙钛矿全彩显示和白光照明技术快速发展的核心技术瓶颈。准二维钙钛矿可利用层数调控和量子限域效应实现蓝光发射,还可借助其疏水有机配体显著提升膜层和器件的稳定性,已成为钙钛矿领域的研究热点。本综述总结了准二维蓝光PeLEDs在组分工程、膜层工艺及器件优化方面的进展,分析了准二维蓝光PeLEDs面临的挑战,展望了效率提升途径,并概述了未来研究方向和解决方案。     

高效率钙钛矿发光二极管的研究进展

钙钛矿发光二极管(LED)由于高的发光色纯度、颜色连续可调、可溶液法制备和材料成本低等优势,被认为是下一代高清柔性显示和平面照明应用最有前景的候选材料之一,受到科学界和产业界的广泛关注。在过去的几年里,钙钛矿LED取得了快速的发展,发光颜色已经实现了从紫外光到近红外光的全覆盖,其中绿光、红光和近红外光的外量子效率均超过了20%。本文首先介绍了钙钛矿LED的基本知识,随后综述了本课题组近年来在高效率钙钛矿LED制备方面取得的研究进展,最后结合领域内的一些代表性工作,分析了领域发展中存在的不足,并对未来产业化应用的前景进行了展望。     

金属卤化物钙钛矿纳米晶高效发光二极管的制备与器件性能优化

金属卤化物钙钛矿作为一类新型的离子型直接带隙半导体材料在电致发光二极管(LED)中有着重要应用前景. 但实现其应用的前提在于金属卤化物钙钛矿材料需要保持高的发光效率和好的稳定性. 为了提高金属卤化物钙钛矿作为LED发光层的激子结合效率, 从而提升其发光效率, 设计和合成金属卤化物钙钛矿纳米晶材料是一个有效途径. 目前, 基于纳米晶材料设计的金属卤化物钙钛矿LED在绿光和红光(包括近红外光)范围已经展现了高的发光亮度和外量子效率(EQE), 其中最高EQE已经超过了20%, 但其稳定性仍无法满足器件应用的要求. 此外, 更值得关注且更重要的是, 蓝光钙钛矿LED的发光亮度和EQE目前仍然不高. 如何制备高效、 稳定的金属卤化物钙钛矿纳米晶LED, 特别是蓝光LED, 是一个具有重大应用前景且具有挑战性的课题. 本文重点介绍了金属卤化物钙钛矿纳米发光层的结构设计和合成方法及金属卤化物钙钛矿LED的研究进展, 分析了金属卤化物钙钛矿LED不稳定的原因, 并对金属卤化物钙钛矿LED研究面临的挑战和未来发展方向进行了总结与展望.     

钙钛矿组分和结构设计及其发光二极管器件性能研究进展

有机-无机杂化钙钛矿发光二极管(LED)的性能在短短几年时间内飞速提升,近红外光器件的效率己达21.6％,绿光器件效率也达到20.3％,达到可以和商业化的有机发光二极管媲美的水平;即使是稍有逊色的稳定性方面也有很大进展,报道的最长器件半衰期已达到250 h.器件性能的飞速提升得益于钙钛矿本身优异的光电性质,而且通过丰富...     

卤化钙钛矿太阳能电池材料理论研究进展

卤化钙钛矿由于具有低成本、高效率等特点,最近作为非常有前景的太阳能电池吸收层材料被广泛研究。卤化钙钛矿型太阳能电池效率在短短的几年间由3.8%(2009年)迅速增加到22.1%(2016年)。卤化钙钛矿型太阳能电池的出现彻底改变了太阳能电池领域,不仅因为它们快速增长的效率,而且因为它们在材料生长和结构方面的可控性。卤化钙钛矿型太阳能电池的优越性能说明卤化钙钛矿材料具有独特的物理性质。在本综述中,我们总结了卤化钙钛矿材料最近几年在结构、电学、光学方面的理论研究成果,这些都与它们在太阳能电池方面的应用密切相关。我们也将探讨一些卤化钙钛矿型太阳能电池目前遇到的挑战以及可能的理论解决途径。     

通过聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸改性实现高性能蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿材料因其独特的光电特性,在光电器件领域引起了相当大的关注和研究.特别是近年来,绿色和红色钙钛矿发光二极管(PeLEDs)研究取得了显著进展.然而,蓝色PeLEDs的发展落后于绿光和红光PeLEDs,效率也要低得多.其中一个主要原因是空穴传输层与蓝色钙钛矿材料的能级不匹配.在这项研究中,通过使用聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS-Na)和溴化钾(KBr)改性空穴传输层材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS),抑制PEDOT:PSS与钙钛矿材料界面之间的非辐射复合.并通过降低膜的粗糙度来提高钙钛矿膜的质量.结果表明,PSS-Na和KBr有效地提高了空穴传输能力,从而提高了PeLEDs器件的整体性能.通过PSS-Na改性PEDOT:PSS制备的蓝色PeLEDs具有低启亮电压(仅为3.3V)和高外量子效率(EQE)(达到4.12%).随着PEDOT:PSS中进一步加入KBr,蓝色PeLEDs最大EQE达到6.25%,启亮电压降至3 V.此外,与其他蓝光钙钛矿器件相比,该器件在不同电压下也表现出了良好的光谱稳定性.说明通过改性空穴传输层,可以提高钙钛矿发光器...     

CsPbI3钙钛矿量子点的精细纯化及其高效发光二极管的研究

钙钛矿量子点发光二极管(QLEDs)因其色纯度高、颜色控制精准、色域广以及溶液可加工等特点,在显示和照明等领域有着极大的应用前景.针对红光钙钛矿CsPbI3量子点纯化过程中相变和表面配体损失造成的荧光退化问题,本工作发展了一种甲苯和乙酸乙酯协同的混合溶剂纯化策略,能够避免纯化过程中的相变问题,获得了纯立方相的CsPbI...     

钙钛矿太阳能电池的商业化进展与挑战

钙钛矿太阳电池是一项颠覆性的光伏技术,具有能量转化效率高、生产成本低、制备工艺简单等优势。当前,钙钛矿太阳能电池的认证效率已达25.7%,但其面临着严重的商业化瓶颈,如稳定性差、模组效率相对低、铅毒性等,且这些问题相互关联。本文简述了钙钛矿太阳能电池的工作原理和器件结构,并归纳总结了在解决钙钛矿太阳能电池稳定性、封装和模组化等商业化瓶颈问题方面的主要研究进展。最后,本文提出了钙钛矿光伏商业化进程中值得关注的解决措施。     

铅卤钙钛矿纳米晶的电致化学发光

卤化铅钙钛矿纳米晶体(Lead halide perovskites nanocrystals,LHP NCs)具有高摩尔吸光度系数、晶格缺陷高容忍度、超高载流子迁移率和窄发射半峰宽等优良特性,其研究在光伏和光电子领域得到了广泛的重视,而LHP NCs优良的光电特性也使之在分析传感领域受到关注.近年来,国内外相继发表了...     

蓝光热激子材料的研究进展

热激子荧光材料由于交错的能级排列,激子在电致发光过程中可由高位三重态通过反向系间窜跃转换到单重态,从而最大限度利用三重态激子,实现理论100%的最大内量子效率,这不仅突破了传统荧光材料和三重态-三重态上转换发光材料在激子利用上的限制,而且克服了热活化延迟荧光(TADF)材料在高电流密度下效率滚降严重的问题,因而在电致发光上显现出独特的优势.蓝光长期以来是有机光电全彩显示的短板.蓝光显示上,磷光材料和TADF材料的色纯度和稳定性往往不尽如人意,而热激子材料可实现更高品质的蓝光发射,即使在深蓝领域也能表现出不俗的器件性能.系统地综述了蓝光热激子材料的发光机理、设计准则以及近年来具有代表性的研究成果,并对其发展趋势进行展望.     

等离子体聚萘薄膜作发光层的蓝色发光二极管

等离子体聚萘薄膜作发光层的蓝色发光二极管马於光，唐建国，张海峰，沈家骢，刘式墉，刘晓东（吉林大学分子光谱与分子结构开放实验室，集成光电子学国家重点实验室，长春，１３００２３）（白求恩医科大学）关键词等离子体聚合物，蓝光，发光二极管Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ...     

胶体量子阱发光二极管的研究进展

胶体量子阱(CQW)由于具有高色纯度、高光致发光量子效率、光色可调等优异的光电性能,近年来成为一种新型的光电材料,广泛用于制备发光二极管、激光、探测器、太阳能电池等半导体器件。其中,基于CQW的发光二极管(CQW-LED)因为具备极窄的光谱、极佳的色纯度、高效率、可溶液加工、可柔性化等优点,在显示和照明等领域展现出重要应用前景,受到学术界和工业界的广泛重视而成为研究热点。本文首先介绍了CQW-LED中的一些基本概念,包括CQW材料特性、LED器件结构、发光机理等;然后从CQW材料种类的角度出发,阐述了基于单核型、核/冠型、核/壳型、复杂异质结型、以及杂质掺杂型CQW-LED近年来的研究进展,并结合我们研究团队最近的工作详细的介绍了实现高性能CQW-LED的方法,包括对材料选取、设计策略、器件结构、器件性能、工作机理以及发光过程的分析;接着,介绍了CQW-LED的集成应用;最后探讨了CQW-LED目前面临的挑战及其未来的发展机遇。     

Three-Color White Photoluminescence Emission Using Perovskite Nanoplatelets and Organic Emitter

Three organic blue-light-emitting tetraphenylethylene (TPE) derivatives that exhibit aggregation-induced emission (AIE) were used as additives in the preparation of inorganic perovskite-structured green-light-emitting materials for three-color white-light emission. For these organic–inorganic light-emitting materials, two-color (blue and green) light-emitting films based on the CsPbBr₃ perovskite-structured green-light-emitting inorganic material were prepared. The three TPE derivatives were prepared by varying the number of bromide groups, and a distinct AIE effect was confirmed when the derivatives were dissolved in a water–tetrahydrofuran mixed solvent containing 90 vol% water. When 0.2 molar ratio of the 1,1,2,2-tetrakis(4-bromophenyl)ethylene (TeBrTPE) additive was mixed with nanocrystal-pinning toluene solvent, the green-light-emission photoluminescence quantum efficiency (PLQY) value at 535 nm was 47 times greater than that of the pure bulk CsPbBr₃ without additives and a blue emission at 475 nm was observed from the TeBrTPE itself. When a CBP:Ir(piq)₃ film was prepared on top of this layer, three PL peaks with maximum wavelength values of 470, 535, and 613 nm were confirmed. The film exhibited white-light emission with CIE color coordinates of (0.25, 0.36).     

Phosphine Sulfide-Based Bipolar Host Materials for Blue Phosphorescent Organic Light-Emitting Diodes

Three phosphine sulfide-based bipolar host materials, viz CzPhPS, DCzPhPS, and TCzPhPS, were facilely prepared through a one-pot synthesis in excellent yields. The developed hosts exhibit superior thermal stabilities with the decomposition temperatures (T_d) all exceeding 350 °C and the melting temperatures (T_m) over 200 °C. In addition, their triplet energy (E_T) levels are estimated to be higher than 3.0 eV, illustrating that they are applicable to serve as hosts for blue phosphorescent organic light-emitting diodes (PhOLEDs). The maxima luminance, current efficiency (CE), power efficiency (PE), and external quantum efficiency (EQE) of 17,223 cd m⁻², 36.7 cd A⁻¹, 37.5 lm W⁻¹, and 17.5% are achieved for the blue PhOLEDs hosted by CzPhPS. The PhOLEDs based on DCzPhPS and TCzPhPS show inferior device performance than that of CzPhPS, which might be ascribed to the deteriorated charge transporting balance as the increased number of the constructed carbazole units in DCzPhPS and TCzPhPS molecules would enhance the hole-transporting ability of the devices to a large extent. Our study demonstrates that the bipolar hosts derived from phosphine sulfide have enormous potential applications in blue PhOLEDs, and the quantity of donors should be well controlled to exploit highly efficient phosphine sulfide-based hosts.     

基于激子和电致激基复合物双重发光的白光OLED

基于四苯基乙烯衍生物设计合成了两种蓝光材料TPE-4Br和TPE-3Br,并将其作为有机发光二极管(OLED)器件的发光层,研究发现其可与合适的邻层(空穴传输层/电子传输层)形成电致激基复合物。利用材料的本征激子发光及其电致激基复合物发光,可以得到理想的白光电致发光。将TPE-4Br和TPE-3Br掺杂于mCP中作为发光层,以TAPC和TmPyPB分别作为空穴传输层和电子传输层分别制备器件A和器件B,所得器件在操作电压为9 V时的色坐标分别为(0.32,0.33)和(0.31,0.34)。其中器件B的最大亮度和最大电流效率分别为364.66 cd?m~(-2)与0.79 cd?A~(-1)。     

基于三萘苯的溶液可加工螺旋形寡聚物的合成及其在蓝光有机电致发光器件中的应用

近年来,人们在有机电致发光材料和器件结构方面取得了巨大的进步。然而由于蓝光材料具带隙宽的内禀属性,在发光效率、色纯度和稳定性上仍然面临巨大挑战。本文将螺旋形三萘苯共轭体系引入电致发光材料领域,它独特的螺旋形分子结构和易于化学修饰的特点有利于抑制聚集体和基激缔合物的形成。通过SiCl₄催化的环三缩合反应和Suzuki偶联反应,我们设计合成了以三萘基苯为核心,萘、蒽和三苯胺为取代基团的系列螺旋形蓝光寡聚物,并系统地研究了它们的热学、光物理和电化学性质。研究发现,萘和三苯胺取代的寡聚物1, 3, 5-三(3-(1-甲氧基萘-2-基)-4-甲氧基萘-1-基)苯(TNNB)和1, 3, 5-三(3-(4-(N, N-二苯胺基)苯基)-4-甲氧基萘-1-基)苯(TPANB)具有最好的热稳定性。在溶液中,这两种材料都具有深蓝发射,发射峰分别为382和415 nm;在薄膜中, TNNB的发射峰仅有1 nm的红移,而TPANB甚至产生了6 nm的蓝移。以这些寡聚物为发光材料,通过旋涂法制备的有机电致发光器件结果表明,基于TNNB的器件获得了最大亮度达到5273 cd·m^-2,色坐标(0.17, 0.11)的纯蓝光器件。     

高效、稳定Ⅱ-Ⅵ族量子点发光二极管(LED)的研究进展

量子点具有核-壳型的基本结构,它的发光效率及色纯度高。因具有优异的性能和可控合成的优点,Ⅱ-Ⅵ族量子点在发光二极管(light-emitting diode,LED)中的应用研究最为丰富。为了制备高效、稳定的量子点LED,量子点的结构、器件结构和载流子传输层都需要进行设计和优化。如今,量子点LED的效率已接近OLED,但它的发展仍存在挑战。     

Intramolecular Cyclization: A Convenient Strategy to Realize Efficient BT.2020 Blue Multi-Resonance Emitter for Organic Light-Emitting Diodes

Rationally tuning the emission position and narrowing the full width at half-maximum (FWHM) of an emitter is of great importance for many applications. By synergistically improving rigidity, strengthening the resonant strength, inhibiting molecular bending and rocking, and destabilizing the HOMO energy level, a deep-blue emitter (CZ2CO) with a peak wavelength of 440 nm and an ultranarrow spectral FWHM of 16 nm (0.10 eV) was developed via intramolecular cyclization in a carbonyl/N resonant core (QAO). The dominant υ_0-0 transition character of CZ2CO gives a Commission Internationale de I’Éclairage coordinates (CIE) of (0.144, 0.042), nicely complying with the BT.2020 standard. Moreover, a hyper-fluorescent device based on CZ2CO shows a high maximum external quantum efficiency (EQE_max) of 25.6 % and maintains an EQE of 22.4 % at a practical brightness of 1000 cd m⁻².     

Band‐Edge Luminescence from Oxide and Halide Perovskite Semiconductors

Because perovskite crystals exhibit unique magnetic, conductive, and optical properties, they have been the subject of many fundamental investigations in various research fields. However, investigations related to their use as optoelectronic device materials are still in their early days. Regarding oxide perovskites, which have been investigated for a long time, the efficiency of photoluminescence (PL) induced by band‐to‐band transitions is extremely low because of the localized nature of the carriers in these materials. On the other hand, halide perovskites exhibit a highly efficient band‐edge PL attributable to the recombination of delocalized photocarriers. Therefore, it is expected that this class of high‐quality materials will be advantageous for optoelectronic devices such as solar cells and light‐emitting diodes. In this Minireview, we discuss various aspects of the PL properties and carrier dynamics of SrTiO₃ and CH₃NH₃PbX₃ (X=I, Br), which are representative oxide and halide perovskites.