柔性钙钛矿发光二极管研究进展

钙钛矿发光二极管(PeLEDs)以其优异的光电性能和简单的制备工艺,成为柔性可穿戴电子产品及照明和显示领域的潜在候选者。然而,以高性能、高柔性和新兴应用为目标的柔性钙钛矿发光二极管(FPeLEDs)的发展仍面临许多挑战。本文主要介绍了近年来FPeLEDs领域的相关研究工作以及各功能层的优化方法,总结了目前该领域发展面临的主要问题,并对其未来的发展进行展望,有望为未来FPeLEDs在新兴领域中的开发应用提供系统的理解和有价值的启发。

含氟膦氧衍生物修饰的纯蓝光钙钛矿发光二极管

实现高效蓝色电致发光是钙钛矿发光二极管(PeLEDs)商业应用的关键挑战,特别是波长为465~475 nm的纯蓝光。蓝光PeLEDs的低效率主要源于混合卤素策略导致的高缺陷密度和降维策略导致的载流子注入困难。本文以氯/溴混合卤素准二维钙钛矿为研究对象,探究了小分子添加剂膦氧衍生物((五氟苯基)甲基)二苯基氧化膦(PFPO)在钙钛矿前驱体溶液中的作用机理及其对钙钛矿薄膜形貌、光学和器件性能的影响。实验结果显示,PFPO修饰后的钙钛矿薄膜光致发光强度和寿命均有增加,说明PFPO具有良好的缺陷钝化能力。紫外-可见光吸收光谱证实修饰后薄膜中小n相吸收强度明显降低,说明小n相得到了显著抑制,减少了非辐射复合路径,同时有利于激子能量转移。器件结果表明,PFPO处理后的PeLEDs器件最大外量子效率从1.83%提升到3.62%,发光峰位于466 nm,对应的CIE为(0.123,0.079),与标准蓝光CIE坐标(0.131,0.046)接近。

乙酸胍表面处理提高纯红光钙钛矿发光二极管性能

金属卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性质可被用于制作发光二极管,近年来备受关注。钙钛矿表面和钙钛矿/传输层的界面处存在大量的缺陷,严重影响器件的性能和稳定性,而对表/界面进行有效的钝化处理是减少界面缺陷、提升器件性能的可行途径。本文报道了一种在萃取剂中添加乙酸胍的表面处理策略,可有效地减少钙钛矿层表面缺陷,改善薄膜形貌,进而将钙钛矿薄膜的荧光量子产率从64%提升到79%。基于乙酸胍表面处理的钙钛矿薄膜制备的发光二极管,最大效率可达11.66%,最大亮度达1285 cd·m^(-2),明显优于未处理的参考器件(6.69%,689 cd·m^(-2)),同时也展现出更好的稳定性。该研究提供了一种有效的钙钛矿表面处理策略,可以提高钙钛矿发光二极管的性能和稳定性。

基于膦氧化物钝化的热蒸发像素化钙钛矿发光二极管

热蒸发法是实现钙钛矿发光二极管商业化显示应用的可靠技术。然而,热蒸发沉积的钙钛矿薄膜的PLQY经常较低,并且钝化手段不如溶液法丰富。本文报道了一种通过原位共蒸技术将钝化剂引入钙钛矿层的方法,这种方法能够钝化真空沉积钙钛矿中的缺陷,增强辐射复合,并提高钙钛矿的PLQY。氧膦基团与不饱和位点形成配位络合,钝化了钙钛矿的晶界缺陷,并抑制了带尾态缺陷。基于最佳比例的钙钛矿薄膜所制备的LED器件表现出最大6.3%的EQE,最大亮度为35642 cd/m^(2)。更进一步地,基于全真空的器件制备工艺,获得了最大EQE为5.0%的312 ppi高分辨率PeLEDs。总之,本文为热蒸发PeLEDs的缺陷钝化提供了有用的指导,证明热蒸发PeLEDs在效率和亮度提升方面具有巨大潜力,并具备商业化前景。

利用溶液加工的界面阻挡层实现高效三维和准二维金属卤化物钙钛矿发光二极管

为了保护金属卤化物钙钛矿发光层免受强酸性聚合物(poly-(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonic acid),PEDOT:PSS)的腐蚀,一种具有空穴传输能力的有机小分子材料(N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene, mCP)被当作界面阻挡层引入三维钙钛矿发光层(CsPbBr_(3))和PEDOT:PSS之间。研究表明,mCP不仅可以从空间上隔离CsPbBr_(3)和PEDOT:PSS,抑制PEDOT:PSS对CsPbBr_(3)发光层的降解,还可以使钙钛矿薄膜的覆盖率更高,颗粒更小,提高薄膜质量,减少薄膜缺陷对激子的淬灭。同时,mCP的引入可以提高空穴注入和传输能力,使得相同电压下形成的激子更多;由于mCP具有比PEDOT:PSS更高的最低电子不占有态和更大的能隙,能更好地将激子限制在发光层中,进一步提高激子的发光辐射复合和器件的电致发光效率。与原始不加mCP的器件相比,基于mCP的3D CsPbBr_(3)钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diode, PeLED)的电致发光性能得到了显著提升,获得了4.86 cd/A最大电流效率。接着,这种方法在基于PEA_(2)Cs_(n-1)Pb_(n)Br_(3n+1)的准二维PeLED中也被证实是可行的,器件的最大电流效率被提升到24.79 cd/A。

柔性白光有机发光二极管的研究进展

作为新一代自发光显示器件,有机发光二极管(OLED)已经逐渐开始商业化。柔性白光技术是未来显示和照明市场不可或缺的组成部分,因此柔性白光OLED(FWOLED)的开发必要且迫切。首先介绍了FWOLED的基本概念,总结了实现柔性白光器件的五个重要因素,包括柔性衬底、导电电极、器件结构、光取出技术和柔性封装;随后分类概括了各种FWOLED的实现策略,包括荧光、磷光、延迟荧光、混合型FWOLED;接着综述了其他类型的柔性白光自发光技术器件,如柔性白光量子点发光二极管(QLED)、柔性白光钙钛矿LED(PeLED)和柔性白光胶体量子阱LED(CQW⁃LED);最后,对FWOLED的未来发展进行了总结和展望。

3D打印柔性钙钛矿荧光发光凝胶的创新实验设计与研究

柔性钙钛矿器件是未来柔性光电技术的研究热点。结合3D打印光聚合物技术,可实现柔性钙钛矿荧光器件的兼容制造。其研究内容属交叉学科前沿,涵盖材料、高分子、化学、半导体物理、柔性电子等相关领域专业知识。为培养本科生的创新意识和科研思维,巩固专业理论知识和动手能力,我们设计了一项3D打印柔性钙钛矿荧光发光凝胶的创新实验。实验包括3D打印成型、钙钛矿结晶后处理、实验结果表征分析等过程,可以让学生亲身参与实践。在自主完成钙钛矿柔性器件全流程制备的同时,也能培养科研兴趣和分析解决问题的综合能力,从而达到创新型教学实验目的。

柔性钙钛矿发光二极管:进展,挑战与展望

金属卤化物钙钛矿具有优异的光电性能和良好的延展性,是一种很有前途的适合于柔性光电子器件的材料,并且可以集成到便携式和可穿戴式的显示设备中,在下一代显示和照明方面展现出巨大的潜力.目前,柔性钙钛矿发光二极管领域已经取得了令人鼓舞的进展,最大外量子效率已经超过28%.在此,我们总结了近年来在柔性钙钛矿发光二极管领域取得的主要突破,旨在提供一个全面的回顾,以促进柔性钙钛矿发光二极管的进一步发展.此外,我们还讨论了阻碍柔性钙钛矿发光二极管器件性能和商业化的主要挑战.最后,我们对柔性钙钛矿发光二极管的未来机遇和应用前景进行了展望和总结.

基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿具有高的缺陷容忍度、可调的发光峰位与较窄半峰宽等优异光电特性,在开发高性能发光二极管方面展现出巨大潜力。钙钛矿发光二极管的低成本溶液制备有利于其应用于显示与照明领域的大规模商业化生产,但溶液成膜过程中伴随着有机溶剂的挥发,成膜时易形成缺陷态,不利于高性能器件的实现。在钙钛矿前驱体溶液中引入添加剂是一种简单有效的钙钛矿缺陷钝化策略,其中,路易斯碱被证明是非常有效的添加剂之一。基于此,本文提出在前驱体溶液中引入小分子路易斯碱添加剂(山梨醇)来钝化薄膜缺陷,并制备了钙钛矿发光二极管。研究证明,山梨醇的引入可以明显改善薄膜质量,且山梨醇浓度为0.3mol·L^(-1)时,制备的器件实现了最佳电致发光性能,如最大外量子效率和亮度分别达到6.71%和7654 cd·m^(-2),且器件展现出较好的光谱稳定性与重复性。本工作对改善多晶薄膜成膜质量和提高钙钛矿发光二极管器件方面具有重要意义。

维生素C添加剂改善纯红锡基钙钛矿电致发光性能

铅基钙钛矿发光二极管(PeLED)具有发光可调、高亮度、高效率、宽色域、低成本、可溶液加工等优点,有望应用于固态照明、超高清显示和光通讯等领域。然而,铅基钙钛矿的毒性较大,对人体和环境均有危害,不符合可持续发展理念。纯红二维苯乙基碘化锡(PEA_(2)SnI_(4))钙钛矿具有超高色纯度、超宽色域(接近Rec.2020标准)、环境友好等优势,有望成为下一代显示用红色发光材料。但是,与铅基钙钛矿相比,锡基钙钛矿薄膜的生长速度较快,导致其薄膜的质量较差,并且Sn^(2+)离子容易氧化成Sn^(4+),产生非辐射复合。基于PEA_(2)SnI_(4)制备的纯红光PeLED的发光性能较差,远落后于铅基PeLED器件。本文发现了一种维生素C多功能添加剂,可降低锡基钙钛矿结晶,从而改善薄膜质量。同时,维生素C的还原性可有效抑制Sn^(2+)氧化成Sn^(4+)。因此,维生素C的添加显著降低了锡基钙钛矿薄膜的陷阱密度并抑制了非辐射复合率。添加剂的协同作用显著提升了纯红光PeLED的发光性能,其最大亮度由67.6 cd/m^(2)提高至513.6 cd/m^(2),最大外量子效率由0.2%提高至0.68%。该研究工作表明了基于PEA_(2)SnI_(4)的纯红光PeLED在显示领域的潜在应用价值,也为设计与制备高效锡基钙钛矿发光材料与器件提供了思路。

无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展

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。

钙钛矿多色级联发光二极管中多中心载流子均衡分布调控研究

钙钛矿发光二极管(PeLEDs)具有优异的光电特性,在显示应用中表现出巨大的发展潜力。红、绿和蓝单色PeLEDs的研究已经取得了突破性的进展,但是三色钙钛矿共同电致发光的研究始终迟滞不前。本研究在不同钙钛矿之间引入具有空穴/电子产生和传输能力的中间连接层(ICL),实现了蓝绿双色和红绿蓝三色发光中心共同电致发光。一方面,ICL可以抑制不同钙钛矿之间的离子交换和能量转移;另一方面,ICL具有电荷产生和输运功能,能够确保不同发光中心获得足够的载流子实现独立发光。进一步改变空穴传输层(NPB)的厚度可以调控蓝绿双色发光中心之间的能量均衡分布,当NPB厚度为40 nm时,器件表现出最大外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)为0.33%。红绿蓝钙钛矿共同电致发光器件的最大EQE达到0.5%。本工作首次报道了红绿蓝三色钙钛矿共同电致发光,并为钙钛矿多色发光中心共同电致发光提供了具有参考性的策略,推动了钙钛矿在显示应用中的发展进程。

锗合金准二维钙钛矿发光二极管

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。

基于维度调制的准二维蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿(MHP)作为一种新兴的半导体材料,目前已在光电应用中表现出优异的性能。其中,基于MHP的发光二极管(PeLED)发展迅猛,红光和绿光器件的效率已达到商用水平。然而,蓝光PeLED的效率还远落后于红、绿光器件,这在很大程度上阻碍了PeLED在全彩显示领域中的应用。本文通过调节混合卤素阴离子的比例以及准二维钙钛矿组分来实现基于维度调制的准二维蓝色PeLED制备。首先,我们采用在CsPbBr_(3)∶PEABr准二维钙钛矿中添加苯乙基氯化胺(PEACl)逐步替换苯乙基溴化胺(PEABr),实现了发光峰从502 nm到476 nm的可调制发射。然而,随着PEACl的增加,薄膜中的缺陷及n=1低维相逐渐增多,导致器件效率降低。我们将溴化胍(GABr)引入到CsPbBr_(3)∶PEACl准二维钙钛矿中,n=1低维相得到了显著的抑制,这有利于激子能量的转移,最终蓝光范围内准二维PeLED性能得到了显著提升。本工作为实现高效蓝光PeLED提供了新的思路。

柔性有机发光二极管的薄膜封装研究进展

柔性有机发光二极管(OLED)因使用柔性衬底而对环境中的水氧更加敏感,这对封装技术提出了更高的要求。目前,柔性OLED封装技术中最具希望的发展方向是可柔性化、水氧隔离能力优异的薄膜封装(TFE)技术。TFE是在OLED表面制备一层或者多层超薄的薄膜材料,以阻隔水氧侵蚀的封装技术,其关键在于制备水氧隔离能力优异的薄膜并避免对OLED器件性能产生影响。介绍了柔性OLED的衬底选择和传统的刚性封装技术,阐明了TFE的优势,通过无机/有机薄膜的制备及TFE采用的在线封装和离线封装2种方法,对柔性TFE的发展现状进行了总结,并对柔性TFE的发展做出了展望。

新型钴基空穴传输层助力高效钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diodes,Pero-LEDs)器件结构中,空穴传输层(HTL)是影响Pero-LEDs效率的关键性因素之一。由于醋酸钴(Co(OAc)_(2))薄膜具有优异的光电特性,所以选其作为绿光Pero-LEDs的HTL。然而,纯的钴基底薄膜存在传输载流子能力较差、薄膜粗糙度较大等问题。因此,本文通过引入有机小分子添加剂乙醇胺(ETA)来有效调控传输层中Co^(3+)/Co^(2+)比例,提升传输层的导电能力。同时,因ETA的加入可以减缓退火过程中前驱体溶液的析出结晶速度,从而形成粗糙度较小的HTL薄膜,进而有利于形成高质量的钙钛矿薄膜。基于掺杂的HTL,其最优器件亮度高达45207 cd/m^(2),最大外量子效率(EQE)达到15.08%,是一种性能较好的新型HTL。

溴基钙钛矿量子点发光二极管的制备及性能优化

为了研究量子点发光层薄膜厚度对钙钛矿量子点发光二极管(perovskite quantum dot lightemitting diodes,PeLED)电-光转换效率的影响,采用配体辅助再沉淀法(ligand assisted reprecipitation,LARP)室温合成铯铅溴(CsPbBr_(3))钙钛矿量子点,并用其制备出稳定绿光发射的PeLED.通过比较不同发光层厚度CsPbBr_(3)PeLEDs的发光效率,获得量子点发光层的最佳膜厚为43.2 nm.采用CsPbBr_(3)作为PeLED发光层时的器件外量子效率(external quantum efficiency,EQE)较低,为提高PeLED的电-光转换效率,用FASn_(0.3)Pb_(0.7)Br_(3)量子点替代CsPbBr_(3)作为发光层,并选用聚乙烯基咔唑(polyvinylcarbazole,PVK)、聚[(N,N'-(4-正丁基苯基)-N,N'-二苯基-1,4-苯二胺)-ALT-(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)](poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(4,4'-(N-(4-butylphenyl)))],TFB)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzi,Poly-TPD)和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-triMethylphenyl)aMine,PTAA])等4种不同的空穴传输层.光致发光光谱和电学性能测试结果表明,空穴传输层为TFB时,FASn_(0.3)Pb_(0.7)Br_(3)PeLED由于具有较高的空穴迁移率,EQE最高可达4.2%.实验结果证明TFB适于作为FASn_(0.3)Pb_(0.7)Br_(3)PeLED的空穴传输层材料.

蓝色钙钛矿发光二极管(PeLEDs)的制备与研究

金属卤化物钙钛矿因其优异的性能,被广泛应用于各种光电器件,尤其在照明显示技术方面更为突出。其中,红光、绿光和近红外的钙钛矿发光二极管(PeLEDs)的外量子效率(EQE),已经突破20%,但蓝色PeLEDs的发展较为缓慢。本文主要介绍了蓝色PeLEDs的结构和物理性能,以及钙钛矿薄膜的制备方法。

基于CsPbBr3钙钛矿量子点的高柔性绿光发光二极管

众所周知,柔性信息显示将在未来的光电应用中发挥重要作用。然而,由于电极材料和柔性衬底的选择有限,制备高效、稳定的柔性发光二极管仍然存在巨大的挑战。以光聚合物作为柔性衬底、CsPbBr3量子点作为发光层,成功地制备了柔性钙钛矿发光二极管。为了改善电子的注入和传输,采用Ag作阴极。结果表明,高柔性的钙钛矿发光二极管的最高亮度为10325 cd/m2且具有高色纯度(FWHM=19 nm)。此外,制备的钙钛矿发光二极管具有良好的柔性和机械延展性。在大约180°的弯曲角度下反复弯曲100次后,仍然保持着良好的器件性能。该研究为未来柔性显示器的应用奠定了研究基础。

柔性有机发光二极管材料与器件研究进展

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diodes,简称OLED)是全固态的薄膜发光器件。由于OLED的可柔性制备、低驱动电压、低功耗等优点,其在未来的可穿戴应用上具有广阔的发展前景。目前,小尺寸的OLED显示器已经实现商业化,大尺寸的OLED电视和照明也已有产品问世,但OLED器件的可穿戴应用尚处于探索期。综述了近年来基于可穿戴应用的柔性OLED材料及器件技术的研究进展,具体介绍了柔性基板材料、柔性薄膜晶体管材料、柔性OLED发光层技术、柔性薄膜封装材料与技术等方面的研究进展。此外,介绍了近几年来兴起的一些新型的柔性器件制备技术,如柔性纤维布基底技术、纤维状聚合物发光电化学池技术、对称平面层器件结构和狭缝涂布式印刷技术等。最后,对柔性OLED材料与器件技术的发展趋势进行了展望。