Am 25. November veröffentlichte das Team von Professor Wei Zhanhua vom Institute of Luminescent Materials and Information Display der Huaqiao University und der School of Materials Science and Engineering sowie das Team von Professor Edward H. Sargent vom Department of Electronic and Computer Engineering der University of Toronto gemeinsam eine Online-Publikation in der international führenden Fachzeitschrift Nature Research Paper Distribution Control enables efficient reduced-dimensional perovskite Leds. Diese Arbeit hat eine signifikante Verbesserung der Leistung und Lebensdauer von Perowskit-LED-Geräten durch Defektpassivierung und Lichtmittelmaßkontrolle erreicht, und es wird erwartet, dass sie in Zukunft auf neue Anzeige- und Beleuchtungsfelder angewendet wird.
Nature ist eine der einflussreichsten wissenschaftlichen Zeitschriften der Welt, die sich der Berichterstattung und Kommentierung der wichtigsten Durchbrüche in der globalen wissenschaftlichen Forschung widmet. Erwähnenswert ist, dass die Huaqiao University 2018 zum ersten Mal die Originalausgabe von Nature als Kommunikationseinheit veröffentlicht hat. Drei Jahre später veröffentlichte die Huaqiao-Universität erneut die offiziellen Papiere von Nature als Kommunikationseinheit und markierte, dass das wissenschaftliche Forschungsniveau der Schule deutlich verbessert wurde und sie auf die Überholspur einer gesunden Entwicklung eingetreten ist.
Metallhalogenid-Perowskite haben ausgezeichnete optoelektronische Eigenschaften, wie einen hohen molaren Extinktionskoeffizienten, einen langen Trägermigrationsabstand, eine einstellbare Bandlücke und eine hohe Fehlertoleranz. Sie haben breite Anwendungsperspektiven in Solarzellen und Leuchtdioden. Basierend auf dem Unterschied in der mikroskopischen Kristallstruktur können Metallhalogenid-Perowskite in nulldimensionale, niedrigdimensionale und dreidimensionale unterteilt werden. Unter ihnen hat das niedrigdimensionale Perowskit-Material einen Quanteneinschlusseffekt, hat eine große Exzitonenbindungsenergie, ist nicht leicht zu erzeugen, nicht-strahlende Rekombination und hat eine hohe Lichtausbeute.
Um jedoch hocheffiziente und stabile niedrigdimensionale Metallhalogenid-Perowskit-Materialien für lichtemittierende Bauelemente zu entwickeln, gibt es noch zwei große Herausforderungen: Erstens führt das Vorhandensein von Defektzuständen zur Bildung von nicht-strahlenden Rekombinationszentren, was zu einer Ionenmigration führt. Es ist förderlich für die Lichtausbeute und Stabilität des Geräts; Die zweite ist die Bildung von mehrphasigen hybriden Quantentöpfen, die unter Licht und elektrischer Anregung eine Energieübertragung vom Quantentopf mit großer Bandlücke zum Quantenloch mit schmaler Bandlücke verursachen, was zu einer Dissipation führt, die der Lichtemission des Geräts nicht förderlich ist Effizienz, Farbreinheit.
Abbildung 1 Schematische Darstellung des Filmbildungsprozesses von drei Arten von perowskitlumineszierenden dünnen Filmen, wobei PEA für Phenethylammoniumsalz, TPPO für Triphenylphosphinoxid und TFPPO für Tris(4-fluorphenyl)phosphinoxid steht.
Um die Leistung von niedrigdimensionalen Perowskit-LED-Bauelementen zu verbessern, schlugen das Edward H. Sargent-Team der University of Toronto und das Wei Zhanhua-Team der Huaqiao University gemeinsam eine niedrigdimensionale Metallhalogenid-Perowskit-Oberflächenpassivierungs-Well-Breitenkontrollstrategie vor. Wie in Abbildung 1 gezeigt, bilden [PbBr6]4-, MA+- und Cs+-Ionen während des durch das Anti-Lösungsmittel eingeleiteten Kristallisationsprozesses zunächst Perowskit-Vorläuferflocken, und dann interagieren PEA+-organische Kationen mit den Vorläuferflocken, um einen niedrigdimensionalen Perowskit-Lumineszenzfilm zu erzeugen. In der Referenzgruppe führte die Unordnung und schnelle Diffusion von PEA+ organischen Kationen zur Bildung von Defektzentren und zufälligdimensionalen Quantentopfstrukturen. In der experimentellen Gruppe kann die P=O-Bindung in den TPPO- und TFPPO-Molekülen mit den Perowskit-Vorläuferflocken P=O:Pb2+ wechselwirken, was den Kristallisationsprozess effektiv reguliert und die Erzeugung von Defektzentren reduziert. Darüber hinaus können die reichlich vorhandenen F-Gruppen in TFPPO mit PEA+ organischen Kationen interagieren, um die Freisetzung von Rohstoffen zu verlangsamen und das Wachstum von Kristallen zu verzögern und schließlich einen hochwertigen Perowskit-Lumineszenzfilm mit einheitlichen Abmessungen zu bilden.
Abbildung 2 (a) Schematische Darstellung der Struktur der Perowskit-LED-Vorrichtung, Querschnitts-Transmissionselektronenmikroskopdiagramm und schematische Darstellung der Energieniveaustruktur; (b) die Strom-Spannungs-Kurve, die Helligkeits-Spannungs-Kurve und die externe Quanteneffizienz, die den drei Perowskit-LED-Geräten entsprechen - Helligkeitskurve; c) statistische Verteilung der externen Quanteneffizienz von drei Perowskit-LED-Geräten; d) Strom-Spannungs-Kurven von drei Perowskit-Einzelelektronen- und Einlochvorrichtungen; (e) Basierend auf TFPPO-Verarbeitung Die Lebensdauerkurve von Perowskit-LED-Geräten.
Wie in Abbildung 2 gezeigt, hat dieser Film eine gleichmäßige und dichte Oberflächenmorphologie mit einer Emissionswellenlänge von 517 nm, einer halben Breite von nur 20 nm und einer Photolumineszenzeffizienz von nahezu 100%. Das vorbereitete grüne LED-Gerät hat eine externe Quanteneffizienz von 25,6% und eine Lebensdauer von 2 Stunden bei einer Helligkeit von 7.200 cd m-2 und liegt damit weit über ähnlichen Geräten, die derzeit gemeldet werden.
Professor Wei Zhanhua sagte, dass in den letzten Jahren die Geräteleistung und die Lebensdauer von Perowskit-LEDs deutlich verbessert wurden, aber es ist noch ein langer Weg zu gehen. In Zukunft müssen mehr Wissenschaftler zusammenarbeiten, um die stationäre Ausgangsleistung, die hocheffiziente Wiederholbarkeit des Geräts und die mehrfarbige spektrale Ausgangsleistung des Geräts zu verbessern.
In der Arbeit war Dr. Ma Dongxin, ein Postdoktorand an der Universität von Toronto, der erste Autor. Sie hatte eine einjährige Gastforschung an der Huaqiao Universität durchgeführt; Dr. Kebin Lin von der Huaqiao University war der zweite Autor und leistete ebenfalls wichtige Beiträge zu der Arbeit. Professor Edward H. Sargent und Professor Wei Zhanhua sind korrespondierende Autoren. Diese Forschungsarbeit wurde stark von der National Natural Science Foundation of China, der Natural Science Foundation der Provinz Fujian und dem Scientific Research Fund der Huaqiao University unterstützt. (
