一、研究背景與核心挑戰(zhàn)
金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLEDs）在低成本、高色純度顯示領(lǐng)域潛力巨大，但其藍色器件性能顯著滯后于紅/綠色器件。通過調(diào)節(jié)CsPb(Br?Cl???)?中溴（Br）和氯（Cl）的比例可實現(xiàn)460–480 nm藍光發(fā)射，然而高氯含量會引入深能級缺陷，導致光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PL QY）和外量子效率（EQE）下降。例如，傳統(tǒng)方法中460 nm發(fā)射的PeLEDs EQE僅7.2%，遠低于紅/綠器件的20%–30%。
二、關(guān)鍵策略與創(chuàng)新方法
銣（Rb）離子補償抑制氯缺陷
通過在鈣鈦礦A位引入離子半徑更小的Rb?替代部分Cs?，在保持目標帶隙的同時降低實際Cl含量。例如，460 nm發(fā)射的CsPb(Br?Cl???)?納米晶體中，Rb補償使Cl/Br摩爾比從0.73降至0.62，PL QY從30%提升至48%，有效減少非輻射復(fù)合中心。理論計算表明，Rb?誘導的晶格收縮降低了Cl空位形成能，抑制深能級缺陷生成。
PF8Cz空穴傳輸層的關(guān)鍵作用
器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化為ITO/PEDOT:PSS:PFI/PF8Cz/鈣鈦礦納米晶體/TPBi/PO-T2T/LiF/Al。
其中PF8Cz（聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-alt-咔唑）作為空穴傳輸層（HTL）發(fā)揮三重作用：
能級匹配：PF8Cz的最高占據(jù)分子軌道（HOMO，-5.8 eV）與鈣鈦礦價帶頂（5.7–5.8 eV）精準對齊，降低空穴注入勢壘，促進電荷高效注入。
電荷平衡調(diào)控：其絕緣特性抑制高電壓下的電荷失衡，減少EQE滾降，使器件在寬電流密度范圍內(nèi)保持高效發(fā)光。
界面兼容性：PF8Cz表面能匹配納米晶體溶液，確保單層均勻沉積，避免鹵離子遷移導致的光譜漂移，提升器件穩(wěn)定性。
三、核心實驗與性能突破
納米晶體合成與表征
通過過飽和重結(jié)晶法制備了發(fā)射波長460、465、470、475、480 nm的CsPb(Br?Cl???)?納米晶體，尺寸7–10 nm，立方相結(jié)構(gòu)。Rb摻雜后，晶格參數(shù)收縮（如460 nm樣品(200)晶面間距從2.70 ?降至2.64 ?），證實Rb成功摻入晶格。
器件性能對比
對照組（無Rb補償）：隨Cl含量增加，PL QY從80%（480 nm）降至30%（460 nm），EQE從20.2%降至7.2%，表明氯缺陷對輻射復(fù)合的顯著抑制。
Rb補償組：PL QY提升至92%（480 nm）、48%（460 nm），對應(yīng)EQE達26.4%（480 nm）、12.0%（460 nm），全波段EQE提升30%–80%。其中，470 nm器件EQE達21.3%，遠超此前同類器件的11.9%。
光譜穩(wěn)定性與色純度
基于PF8Cz的器件在3–10 V電壓下光譜半峰寬（FWHM）穩(wěn)定在17 nm，CIE色坐標覆蓋（0.138, 0.045）（460 nm）至（0.085, 0.205）（480 nm），滿足Rec. 2020廣色域標準。單層納米晶體發(fā)光層有效限制鹵離子遷移，避免偏壓下的光譜漂移。
四、機制分析與理論支持
載流子動力學
瞬態(tài)光致發(fā)光（TrPL）顯示，Rb補償后慢衰減成分（τ?）比例增加，表明陷阱態(tài)復(fù)合減少。例如，460 nm樣品τ?從35.1 ns延長至48.4 ns，比例從46%提升至50%，證實缺陷密度降低。
能級結(jié)構(gòu)優(yōu)化
紫外光電子能譜（UPS）顯示，PF8Cz與鈣鈦礦的能級差僅0.1 eV，空穴注入勢壘顯著降低。器件模擬表明，PF8Cz的引入使空穴遷移率提升20%，電荷注入平衡度從0.6提升至0.85，減少非輻射復(fù)合。
五、結(jié)論與展望
本研究通過Rb離子補償和PF8Cz層優(yōu)化，在460–480 nm全藍光波段實現(xiàn)創(chuàng)紀錄效率：460 nm（12.0%）、480 nm（26.4%）。
PF8Cz的能級匹配和界面調(diào)控是提升電荷注入效率的關(guān)鍵，而Rb摻雜從材料層面抑制氯缺陷，為高效藍光PeLEDs提供雙重保障。
未來結(jié)合配體工程與晶體取向調(diào)控，有望進一步降低缺陷密度，推動藍光PeLEDs邁向商業(yè)化應(yīng)用。
粵公網(wǎng)安備44000000000000號