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CIE最前沿 | 下一代显示与照明关键技术:低缺陷密度的高效钙钛矿发光二极管 时间:2022-05-10 来源:中国电子学会
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为向广大科技工作者介绍中国电子与信息科学领域内的新理论、新思想、新技术,学会公众微信号特开设“CIE最前沿”栏目,定期展示学会期刊刊发的具有国内外先进水平的最新研究成果和技术进展。

 

高效钙钛矿发光二极管在下一代显示与照明等领域展现了重要潜力,本期前沿论文主要介绍了利用添加剂与界面调控实现的低缺陷密度的高效钙钛矿发光二极管。

 

论文信息:

Additive and interfacial control for efficient perovskite light-emitting diodes with reduced trap densities

Shun Tian, Chen Zou, Runchen Lai, Chungen Hsu, Xuhui Cao, Shiyu Xing, Baodan Zhao, Dawei Di

J. Semicond. 2022, 43(5): 050502, doi: 10.1088/1674-4926/43/5/050502

 

内容简介:

 

基于金属卤化物钙钛矿半导体的发光二极管(钙钛矿LED),作为光电子领域的新兴方向,近年来在发光效率等方面获得重大进展,在下一代显示与照明等领域展现了重要的潜力。研究表明,利用分子添加剂对钙钛矿发光材料进行钝化,以及在器件结构中引入合适的界面修饰等,是实现高效率钙钛矿LED的有效手段。实现器件电致发光效率(尤其是内量子效率)提升的一个重要原因是对非辐射复合过程的抑制。然而,添加剂与界面调控对于钙钛矿器件中直接导致非辐射复合的电荷陷阱密度的影响尚不明晰,尤其缺乏定量分析。

 

近日,浙江大学光电学院的狄大卫教授与赵保丹研究员团队就上述问题开展了研究,相关论文以“Additive and interfacial control for efficient perovskite light-emitting diodes with reduced trap densities”为题,作为封面文章发表于Journal of Semiconductors (《半导体学报》),第一作者是浙江大学硕士研究生田顺。

 

作者利用空间电荷限制电流(SCLC)模型,研究了添加剂与界面调控对绿光钙钛矿薄膜电荷陷阱密度的影响。他们发现,典型的小分子添加剂冠醚的引入将钙钛矿的电荷陷阱密度从7.02 × 1017 cm–3降低到 5.76 × 1017 cm–3,在钙钛矿下界面处引入氟化锂(LiF)极性界面后,陷阱密度进一步降低到5.10 × 1017 cm–3(图1)。

 

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SCLC模型分析钙钛矿薄膜中的电荷陷阱密度变化

 

他们将上述研究结果应用到钙钛矿LED中。冠醚添加剂的引入将绿光钙钛矿LED的外量子效率从5.0%提升到15.1%,LiF界面的引入将器件的外量子效率进一步提升到19.0%(图2)。这些结果说明添加剂和界面调控的组合是实现高效率钙钛矿LED的有效手段。光学仿真表明本研究所涉及的钙钛矿发光LED外量子效率仍有进一步提升的空间,可通过优化钙钛矿薄膜厚度与进一步提高辐射复合的比例等方式实现。

 

此研究通过分子添加剂和LiF界面调控的共同作用,降低了发光钙钛矿薄膜的电荷陷阱密度,展示了绿光钙钛矿LED效率的有效提升。这些结果对发展高效率蓝光钙钛矿LED以及微型钙钛矿LED(micro-PeLED)也有借鉴意义。

 

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钙钛矿LED器件性能与光学仿真

 

作者简介:


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通讯作者

 

赵保丹,浙江大学光电学院,研究员,博士生导师。

 

入选《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”(2019)、阿里巴巴达摩院青橙奖(2020)、福布斯中国、福布斯亚洲30岁以下精英榜(2020、2021)、浙江省杰出青年基金(2021),国家高层次青年人才计划(2021)。

 

她于2019年在英国剑桥大学获得物理学博士学位,师从有机光电物理学权威卡文迪许物理学教授Richard Friend院士(FRS, FREng, FIEE, FInstP,Kt)。她的研究工作主要涉及钙钛矿LED、钙钛矿太阳能电池、以及与上述课题有关的器件物理和光物理。作为第一或通讯作者,在Nature Photonics (封面论文), Nature Electronics (封面论文),Advanced Materials,Cell Reports Physical Science,The Journal of Physical Chemistry Letters等期刊发表论文。近5年来最为重要的学术贡献是利用钙钛矿和聚合物的异质结构刷新了钙钛矿LED效率的世界纪录(>20%)并深入研究了其发光机理;以及通过引入超薄极性修饰层解决了下层传输层与钙钛矿发光层不兼容的问题,刷新了准二维钙钛矿绿光LED 的效率纪录。

 

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通讯作者


狄大卫,浙江大学光电学院,教授,博士生导师。

 

入选浙江省“鲲鹏行动”计划首批专家、《麻省理工科技评论》全球“35岁以下科技创新35人”(2019)、中国“35岁以下科技创新35人”(2018)、世界顶尖科学家论坛青年科学家(2020)、国家高层次青年人才计划。

 

他先后在新南威尔士大学和剑桥大学获得工程学学士、工程学博士以及物理学博士学位,师从Richard Friend院士、Martin Green院士等著名科学家。他的研究方向为新型光电器件及器件物理,发现了有机与钙钛矿发光二极管的高效发光机制,刷新了溶液法OLED与钙钛矿LED的效率纪录,探索了新型器件中的激发态动力学过程。作为第一或通讯作者,在Science,Nature Photonics,Nature Electronics,Joule,Nature Communications,Advanced Materials等期刊发表论文。担任Journal of Semiconductors(半导体学报)等期刊编委。

 

《半导体学报》简介:


《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物,1980年创刊,首任主编是王守武院士,黄昆先生撰写了创刊号首篇论文,2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors(简称JOS),同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年,JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年,JOS被EI收录。