西安交大吴朝新Nano Energy: 双端桥连配体实现室温高效CsPbBr3纳米晶的合成及其发光二极管

钢铁侠 4年前 (2020-02-24) 4455浏览

【引言】

近年来钙钛矿纳米晶具有荧光量子产率高,易于通过组分调控的发光光谱范围，以及简易便捷的合成方法等特点使其在发光二极管领域的应用方面展现出明显优势。纯无机钙钛矿纳米晶相比于有机无机杂化钙钛矿具有更佳的环境稳定性，则倍加受到研究者们的关注。然而，无论在何种钙钛矿纳米晶的制备过程中，烷基链配体必不可少。这些配体的绝缘性限制了载流子在纳米晶之间的传输，导致了最终纳米晶器件低劣的性能。目前为止，大量工作已经采用各种巧妙的配体工程实现了纳米晶荧光量子效率和相应LED器件性能的提升，然而关于此方面仍然需要更多新方案及策略的提出，尤其是面向室温合成的CsPbX₃纳米晶，以实现钙钛矿纳米晶发光二极管能面向实际应用的目标。

【研究内容】

为了提高室温合成CsPbBr₃纳米晶的荧光量子效率及载流子在由其组装的纳米晶薄膜中的有效传输，以达到基于钙钛矿纳米晶发光二极管器件效率提高的目的，吴朝新教授团队提出采用具有双端配位基团的溴胺盐对室温合成的CsPbBr₃进行原位钝化，以减少纳米晶表面溴空位的存在造成的纳米晶荧光量子量子效率低下的问题。研究结果表面经1,8-正辛胺二溴（BOABr₂）钝化后，纳米晶的荧光量子效率最高可达98%；同时由于BOABr₂配体的引入，使得最终形成的纳米晶薄膜中的载流子传输通道发生了重组，提高了电荷在纳米晶薄膜的传输性能。最终，通过进一步的优化钝化配体的链长，基于1,4-正丁胺二溴盐（BDABr2）钝化的CsPbBr₃纳米晶制备的LED器件表现出最大发光亮度14021 Cd m^-2，最大电流效率25.5 Cd A^-1的优异器件性能。这项工作进一步表明了配体工程对改善及促进钙钛矿纳米晶在发光照明领域的应用具有重要意义，同时也为未来解决室温合成钙钛矿纳米晶面向实际应用所需要突破的瓶颈提供了一个具有参考价值的新策略。

该项研究工作以题目为“Surface mediated ligands addressing bottleneck of room-temperature synthesized inorganic perovskite nanocrystals toward efficient light-emitting diodes”近期发表于国际期刊Nano Energy 70 (2020）104467。第一作者为课题组代锦飞博士，西安交通大学为第一作者单位。该工作得到自然科学基金委（编号61875161和 11574248）项目的支持。

西安交通大学吴朝新教授团队长期研究新型功能材料的“光-电”与“电-光”物理机制及其器件应用如太阳能电池与发光二极管，近期有多项重要成果发表于国际顶级期刊：Joule，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition, ACS Energy Letter, Nano Energy等，更多研究内容可参见吴朝新教授课题组主页：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn

【图文导读】

图一. CsPbBr₃ 纳米晶钝化过程及其光学特性