AOM | 两步法2D/3D复合钙钛矿材料用于制备高亮度发光二极管

钙钛矿材料作为一种可溶液加工的半导体材料，具有出色的光电性能，其潜在的低成本，可大面积制备等优势，掀起了近十年时间的研究热潮，涉及领域由最初的太阳能电池延展到高能射线探测，发光二极管，激光器等诸多领域。

在显示领域，其可溶液加工性保证未来低成本大面积制备的工艺；可见光谱范围内可调的发光颜色保证了实现全彩显示的可能性；对比现有有机发光二极管的宽发射光谱，钙钛矿仅20nm的窄发光半峰宽，可以提供更真实的色彩显示和更宽的色域。

尽管如此，由于3D钙钛矿材料低激子结合能的特性，室温下电注入的电子空穴辐射复合效率低，在不额外引入电荷限制效应的情况下，由常规3D钙钛矿薄膜制备的钙钛矿发光二极管（PeLED）通常性能不佳。2D钙钛矿材料作为钙钛矿家族的一类分支，通过引入大体积胺盐将不同层数钙钛矿片层分离开，极大的介电常数差异带来天然的量子阱效应，使得2D钙钛矿通常具有较大的激子结合能。另一方面，由于电绝缘长链胺盐的引入，使得层间电荷传输变得困难，电荷注入/传输成为问题。

最近，浙江大学高分子系陈红征教授的研究团队联合比利时校际微电子研究中心（imec），通过两步法工艺制备得到高质量2D/3D复合钙钛矿薄膜，引入的溴丁胺2D钙钛矿组分与3D甲脒溴化铅钙钛矿自组装形成量子阱效应。经优化2D/3D组分比例，在不显著牺牲电荷注入的条件下，将电注入的电子、空穴有效束缚于3D钙钛矿组分内，显著提高辐射复合效率，实现高效绿色钙钛矿二极管电致发光。得益于3D钙钛矿高迁移率的特性，器件可在低偏压下实现高电荷注入，并在高电流密度（147.7 mA/cm2）下实现7.36%的外量子效率（EQE），半峰宽仅20nm。该两步法同时被用于另一个大体积胺盐，4-氟-苯甲胺氢溴酸盐，在不改变其他参数的条件下，仅通过替换溴丁胺盐，器件EQE提高到8.55%，表明该两步法制备2D/3D钙钛矿薄膜工艺具有普适性，为未来器件和材料优化提供新选择。

相关论文在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201900465)。该工作由第一作者，浙江大学博士研究生鄢杰林，于比利时校际微电子研究中心（imec）联合培养期间完成。比利时校际微电子研究中心研究员裘伟明博士与浙江大学陈红征教授为共同通讯作者。