香港科大范智勇Nature photonics：基于钙钛矿量子线阵列的大面积平面和球形发光二极管

纳米小白 2年前 (2022-04-10) 3263浏览

导读

金属卤化物钙钛矿凭借其优异的光物理性能和简单的溶液制备，已成为高效平板LEDs 的强有力竞争者，在显示器和照明方面具有极大的商业潜力。然而，钙钛矿薄膜存在不均匀性以及材料稳定性差等问题，并且制造大规模或非平面 LED 的传统解决方案和制造工艺仍然是一个挑战。

成果掠影

近日，香港科技大学范智勇（通讯作者）在Nature photonics上发表文章，题为“Large-scale planar and spherical light-emitting diodes based on arrays of perovskite quantum wires”，即晶体钙钛矿量子线的大面积高度均匀阵列生长，发射光谱可覆盖整个可见光范围。对于 MAPbBr3量子线，光致发光量子产率高达 92%，T50为5644 小时。将MAPbBr3 QWs用于平面 LED，在环境条件下具有 31,667 cd m-2 的高峰值亮度和 16.9 小时的长寿命。在刚性和柔性的平面基板上，实现了4英寸晶圆量子线LED，并且具有卓越均匀性的独特的三维球形LED。研究结果表明，该方法可以在未来推广到其他非常规的三维LED。

核心创新点：

  1. 对于 MAPbBr3量子线，光致发光量子产率高达 92%，T50为5644 小时（在环境条件下光致发光降解至其初始值的 50% 的时间）。
  2. 基于刚性和柔性平面基板上的这些量子线的 LED 可制造到 4 英寸的晶圆尺寸，并且还报道了具有出色均匀性的独特 3D 球形 LED。

数据概览

图1. CSVR 工艺生长MAPbBr3 QWs及其相应的表征 ©2022 Springer Nature Limited

a. CSVR装置示意图

b-e. 芯片在不同生长阶段的示意图(上)和荧光图(下):生长前(b)、初始生长(c)、过生长(d)和清洁表面(e)

f. 量子阱HRTEM图

g.纳米线阵列的PLQY峰和PL峰的位置与纳米线直径的关系

h. 纳米线阵列的TA光谱

图2. CSVR 工艺的普适性及钙钛矿QWs柔韧性表征 ©2022 Springer Nature Limited

a, b. 钙钛矿量子阱阵列的生长:MAPb(Cl/Br)3、MAPbBr3和MAPb(Br/I)3 量子阱阵列的PL光谱(a)和相应的4英寸晶圆级荧光图像(b)

c, d. 柔性演示:4英寸晶圆级MAPbBr3量子阱在弯曲超薄铝箔(c)和康宁玻璃(d)上的荧光照片

图3. MAPbBr3 量子阱的机械和环境稳定性表征 ©2022 Springer Nature Limited

a. MAPbBr3薄膜和量子阱阵列在的归一化PL谱

b. 计算了MAPbBr3薄膜和量子阱在PAMs中的内聚力

c, d. 聚丙烯酰胺在有(c)和没有进行(d)疏水表面处理下的水接触角测量

e. 疏水量子阱在10分钟后滴上一滴水的荧光成像

f. MAPbBr3薄膜和量子阱阵列在环境空气中的归一化的PL谱

图4.平面MAPbBr3 QWs LED器件的性能表征 ©2022 Springer Nature Limited

a. 器件示意图

b. SEM截面图

c. 器件能带结构

d. 不同应用电压下的EL谱

e. 集成EL强度

图5. 大面积平面MAPbBr3 QWs LED器件的性能表征 ©2022 Springer Nature Limited

a,b. 最佳器件的J–L–V(a)和EQE–CE–V(b)

c. 不同测试条件TEL50

d-f. EL展示

g, h. 柔性展示

图6. 曲面MAPbBr3 QWs LED器件的性能表征 ©2022 Springer Nature Limited

a. CsPbBr3 QWs的PL图

b, c. 平板器件表征

d-f. 三维球形器件和表征

成果启示

该项研究，为制备真正三维大面积均匀的钙钛矿薄膜，提供了一种可能性。通过CSVR方法在二维平面和三维球形基底上均实现了钙钛矿QWs的成功制备，并将其成功用于LEDs器件中，在提高LEDs器件发射光子外耦合效率的同时有望推动钙钛矿QWs LEDs在未来大面积显示器和非常规照明应用。

文献链接：Large-scale planar and spherical light-emitting diodes based on arrays of perovskite quantum wires. 2022, Nat. Photon., DOI: 10.1038/s41566-022-00978-0.

本文由纳米小白供稿

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