?《ACS AEM》综述：近红外钙钛矿LED研究进展！
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眀兲娶妳
2022-05-07 06:59:01
《ACS AEM》发表的综述文章《Recent Advancements in Near-Infrared Perovskite Light-Emitting Diodes》系统总结了近红外钙钛矿发光二极管（NIR-LED）的最新研究进展，涵盖材料结构优化、器件性能提升及未来发展方向。
一、金属卤化物钙钛矿在近红外LED中的优势金属卤化物钙钛矿因其优异的光学性能成为近红外LED的理想材料：
- 高光致发光量子产率（PLQY）：纳米结构钙钛矿NIR-LED已实现100小时的器件稳定性，表明其在长寿命照明领域具有潜力。
- 成分可调性：通过调节卤素比例或有机阳离子，可精准控制发射波长，覆盖近红外光谱范围。
- 窄发射线宽：有利于实现高色纯度近红外光源，适用于光通信、生物成像等场景。
- 光电性能受限：大体积配体的存在导致电荷传输效率低，影响器件效率。
- 稳定性问题：纳米晶表面缺陷易引发非辐射复合，降低PLQY。
准2D钙钛矿通过引入有机间隔阳离子（如BA?、PEA?），形成多量子阱结构，平衡了导电性与稳定性：
- 颜色精确调节：通过控制量子阱层数（n值），实现发射波长从可见光到近红外的连续调控。
- 单晶LED生产潜力：准2D结构有利于制备大面积均匀薄膜，提升器件再现性。
- 能量漏斗机制：载流子通过多量子阱逐级传递，最终集中于最小带隙材料，提高辐射复合效率。
以ITO/ZnO/PEIE/FAPbI?/poly-TPD/MoO?/Al为例：
- 功能层设计：ZnO作为电子传输层，poly-TPD作为空穴传输层，形成阶梯式能级结构，促进载流子注入。
- 界面修饰：PEIE修饰ZnO表面，降低界面缺陷，提升电荷传输效率。
- 大面积均匀性：通过溶液法制备30×30mm2器件，实现均匀光强分布，EQE再现性高。
- EQE（外量子效率）：准2D钙钛矿LED的EQE随n值变化显著，n=4时达峰值，表明量子阱层数对效率有重要影响。
- 稳定性：通过优化成分（如调整BAB/FA比例），器件寿命提升至100小时，且高电流密度下效率下降缓慢。
- 开启电压（Von）：n=4和n=5的器件Von较低，表明准2D结构有利于降低驱动电压。
- 挑战：量子阱层数分布不均导致发射波长偏移。
- 策略：通过精确控制前驱体浓度和退火条件，实现单分散量子阱结构。
- 挑战：离子迁移和界面缺陷引发效率衰减。
- 策略：
引入疏水性有机阳离子（如DJ相钙钛矿），抑制水分侵蚀。
采用交联聚合物封装，隔绝氧气和水分。
- 挑战：溶液法易导致薄膜不均匀。
- 策略：
优化旋涂或喷墨打印工艺参数。
使用反溶剂辅助结晶，提升薄膜结晶质量。
- 总结：准2D钙钛矿通过量子阱工程显著提升了NIR-LED的性能，但颜色稳定性、大面积均匀性和长期稳定性仍需进一步优化。
- 未来方向：
开发新型有机阳离子，实现更精准的量子阱调控。
探索无铅钙钛矿材料，降低环境毒性。
结合柔性衬底，拓展可穿戴设备应用场景。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaelm.0c00825
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