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研究背景

鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）是新一代顯示技術的亮點，因其具有優異的色彩純度、廣泛可調的發射波長以及與溶液處理兼容的優點，使其在低成本、大面積顯示和照明應用中成為研究熱點。

然而，藍色PeLEDs的性能遠遠落后于近紅外、紅色和綠色PeLEDs，特別是在顯示應用所需的標準藍色范圍內，外量子效率（EQE）低于其他顏色的PeLEDs。此問題主要由于藍色PeLEDs中氯（Cl）摻入導致的深能級缺陷，這些缺陷影響了載流子的復合效率并導致顯著的EQE下降。

成果簡介

有鑒于此，浙江大學葉志鎮院士、戴興良團隊在Sci. Adv.期刊上發表了題為“Highly efficient blue light-emitting diodes based on mixed-halide perovskites with reduced chlorine defects”的最新論文。他們提出通過調控Cl含量來提高藍色PeLEDs的性能。一項重要的研究采用了銣（Rb）補償策略，在鈣鈦礦晶格的A位引入Rb以微調Cl含量，抑制了非輻射缺陷的形成，從而顯著提升了光致發光量子效率（PL QY）。

這項策略實現了藍色PeLEDs在460至480 nm發射峰范圍內的創紀錄高效率，特別是在470 nm及以上的發光峰值范圍內，EQE超過了20%。這項工作突出了氯缺陷控制作為提升藍色PeLEDs效率的關鍵設計原則，為未來高效藍色PeLEDs的發展奠定了基礎。

研究亮點

（1）實驗首次展示了通過減少氯（Cl）含量來優化藍色鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）的性能。作者采用了CsPb(Brx/Cl_1?x)₃納米晶體，系統研究了氯含量對藍色PeLEDs的外量子效率（EQE）和光致發光量子效率（PL QY）的影響。

（2）通過引入銣（Rb）補償鈣鈦礦晶格的A位，減少了氯含量，抑制了非輻射缺陷的形成，從而顯著提高了PL QY并保持了所需的發射波長。這一策略使得藍色PeLEDs在460至480 nm的發射峰范圍內實現了創紀錄的高效率，特別是470 nm及以上波長的發光電流（EL）峰值EQE超過20%。

（3）實驗通過詳細的光電性能分析，揭示了Cl含量對藍色PeLEDs性能的顯著影響。作者構建了一系列CsPb(Brx/Cl_1?x)₃納米晶體，并發現納米晶體的PL QY對Cl含量的變化極為敏感，這與深層陷阱態的形成密切相關。

（4）通過對不同Cl含量的納米晶體進行比較，驗證了Cl缺陷在激子輻射復合中的關鍵作用。結果顯示，氯含量的微調能夠有效改善PL QY，并且優化的藍色PeLEDs在各種波長下的效率均顯著提高。這些發現不僅對藍色PeLEDs的設計和性能優化具有重要意義，還為未來高效藍色光電器件的開發提供了新的思路。

圖文解讀

圖1：不同氯含量下藍色PeLED的性能。

圖2：混合Br/Cl鈣鈦礦納米晶體的光譜表征。

圖3：?通過摻銣減少氯含量。

圖4：記錄高效的藍色PeLED。

結論展望

總結而言，這項工作揭示了氯（Cl）摻入對藍色鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）性能的顯著影響。首先，實驗系統地探討了Cl含量對CsPb(Brx/Cl1?x)3納米晶體光致發光量子效率（PL QY）的影響，揭示了Cl相關深層陷阱態對發光效率的負面作用。這表明，控制Cl含量是優化藍色PeLEDs性能的關鍵，尤其在顯示應用中，氯含量的微小變化都可能導致顯著的外量子效率（EQE）下降。其次，通過在A位引入銣（Rb）進行Cl補償，成功抑制了非輻射缺陷的形成，改善了PL QY，同時保持了發射波長的穩定性。這一策略不僅提高了藍色PeLEDs的效率，尤其是在460至480 nm的波長范圍內，實現了創紀錄的高效發光，還為未來優化鈣鈦礦發光材料提供了新的方向。

此外，研究還強調了納米晶體在提高藍色PeLEDs性能中的潛力。利用超薄單層納米晶體，可以克服傳統鈣鈦礦材料的光譜不穩定性，從而擴展了底層孔傳輸層的選擇范圍，優化了電荷注入。預合成納米晶體的方法有效解耦了晶體化與薄膜沉積過程，為鈣鈦礦發光材料的光電特性提供了更深入的控制。這些發現不僅推動了藍色PeLEDs的發展，也為其他光電器件的性能優化提供了寶貴的參考。總之，本文的工作不僅展示了氯摻入對鈣鈦礦材料的影響，還提出了銣補償作為提高發光效率的有效策略，為未來的研究和應用奠定了基礎。

文獻信息

Yun Gao et al. ,Highly efficient blue light-emitting diodes based on mixed-halide perovskites with reduced chlorine defects.Sci. Adv.10,eado5645(2024).DOI:10.1126/sciadv.ado5645

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