【材料】促进准二维钙钛矿相间能量传递实现高效蓝光发光二极管

钙钛矿发光二极管（Perovskite Light-Emitting Diodes, PeLEDs）是用钙钛矿材料作为发光层进行电光转换的器件。相比其它发光材料，钙钛矿具有发光峰窄、色域广、波长易调、制备方法灵活兼顾低成本等特点。尤其是绿光、红光以及近红外PeLEDs性能的快速提升，PeLEDs在显示领域极具应用前景。然而，相比绿光、红光以及近红外PeLEDs超过20%的外量子效率，蓝光PeLEDs的性能提高缓慢，目前报道的最高外量子效率仅为12.3%，严重制约着PeLEDs的全光谱显示。研发高效的钙钛矿蓝光材料，是突破瓶颈、提升器件性能的重要方面。

       得益于准二维钙钛矿独特的多量子阱结构，近年来基于准二维钙钛矿制备的蓝光PeLEDs引起了广泛的关注。一般地，准二维钙钛矿含有较宽的相分布范围，促进从低阶相（n=1,2）到高阶相（n=3,4,5）之间高效的能量传递是实现蓝光PeLEDs单一发射光谱、提高器件性能的重要途径。然而基于单一官能团的有机胺盐制备的准二维钙钛矿，有机链之间的堆叠使得不同相之间存在范德华力，从而产生范德华间隙，制约着相之间有效的能量传递。此外，准二维钙钛矿在结晶的过程中会不可避免的产生一些缺陷态，使得电子-空穴对的非辐射复合几率上升，制约着器件性能的提升。

       香港大学团队与南方科技大学团队合作，在准二维钙钛矿中引入含有双官能团（氨基和羧基）的配体（对氨乙基苯甲酸溴酸盐，ABABr），促进了不同钙钛矿相间的耦合作用，从而有效提高了钙钛矿相间的能量传递，显著提升器件性能。研究发现，配体中的氨基通过氢键作用与[PbBr6]4-相互作用，而另一端的羧基可以通过氧原子的配位作用与不饱和的Pb离子产生相互作用，从而促进钙钛矿相之间的耦合，搭建起能量传递的桥梁，实现更加高效的相间能量传递。与此同时，羧基氧原子与不饱和Pb离子配位作用有效地钝化由于Br离子缺失而产生的空位缺陷，抑制钙钛矿中金属铅的形成，降低了钙钛矿的缺陷态密度，显著地减少了非辐射复合。基于ABABr配体修饰的蓝光PeLEDs获得了超过10% 的外量子效率（EQE=10.11%），比未修饰样PeLEDs（EQE=7.07%）提高了40%，相应地器件工作寿命也从32.1 min提高到81.3 min，使得器件性能位于目前蓝光PeLEDs报道的最高性能之列。

图1. 准二维钙钛矿层间相互作用，蓝光PeLED电致发光CIE坐标及其器件性能。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是香港大学博士后（南方科技大学访问博士后）任振伟，南方科技大学王恺副教授、陈锐教授以及香港大学蔡植豪（Wallace C.H. Choy）教授为通讯作者，研究工作也得到了南方科技大学孙小卫教授的大力支持。

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High‐Performance Blue Perovskite Light‐Emitting Diodes Enabled by Efficient Energy Transfer between Coupled Quasi‐2D Perovskite Layers Zhenwei Ren, Jiahao Yu, Zhaotong Qin, Jing Wang, Jiayun Sun, Christopher C. S. Chan, Shihao Ding, Kai Wang, Rui Chen, Kam Sing Wong, Xinhui Lu, Wan‐Jian Yin, Wallace C. H. Choy Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202005570