配体共轭工程制备高效钙钛矿发光二极管
钙钛矿材料因其所具有的光吸收系数大、载流子迁移率高、半峰宽窄、可溶液加工等突出特点，在太阳能电池、光电探测、发光二极管等领域展现出潜在应用前景。与有机发光二极管(OLED)和胶体量子点发光二极管(QDLED)相比，钙钛矿发光二极管(PeLED)表现出更优越的色彩饱和度，可以更好地满足未来高色域显示需求。研究表明，获得高质量钙钛矿纳米晶薄膜是提升电致发光器件效率的前提，而表面配体对于调控钙钛矿纳米晶的尺寸形貌、荧光量子产率(PLQY)、电学性质等起着重要作用。目前文献中所报道的配体多为直链烷基胺（如正丁胺）或苯乙胺(PEABr），这类配体导电性较差，在一定程度上限制了电荷在界面处的注入和传输。通过配体工程，将上述传统配体替换为具有较强π共轭结构的配体有望改善钙钛矿薄膜的导电性，优化电子和空穴的注入复合，并进一步提升器件效率。
近日，清华大学化学系段炼教授课题组引入具有强π共轭结构分子1-(1-naphthyl)ethylamine bromide (NEABr)作为配体制备了基于FAPbBr3纳米晶薄膜的电致发光器件，研究了配体加入量对FAPbBr3纳米晶薄膜光学性质及器件性能的影响，同时在与传统配体对比的基础上，阐明了具有增强π共轭结构配体对器件性能提升的机制。主要研究结果概括如下：
首先采用原位旋涂法制备了FAPbBr3纳米晶薄膜，如图1所示，通过调节NEABr分子加入量，制备了具有不同配体含量的FAPbBr3纳米晶薄膜，所得FAPbBr3纳米晶薄膜表现出典型的三维结构FAPbBr3纳米晶吸收和发射特征。随着配体加入量增加，吸收和发射都发生了一定程度的蓝移并伴随着荧光量子产率的大幅增加，最高QY可达80%。
我们在所得FAPbBr3纳米晶薄膜的基础上制备了电致发光器件。器件最高亮度可达14,630 cd/m2，最大电流效和外量子效率分别为36.8 cd/A和8.6%，见图3. 值得强调的是，典型器件的发光波长为528 nm，对应于CIE 1931色坐标为(0.17, 0.76)，非常接近国际宽色域显示ITU-R BT.2020标准。
基于NEABr钝化的FAPbBr3纳米晶电致发光器件
与经典配体苯乙胺分子相比，NEABr分子作配体获得的FAPbBr3纳米晶薄膜表现出较低的缺陷密度和减小的界面电阻，更有利于电子和空穴在钙钛矿发光层的注入和复合，证实了配体共轭性质调控对器件性能的重要影响（见图4）。另外，NEABr分子作配体制备的电致发光器件还表现出较好的工作稳定性。
综上，我们提出了通过对配体共轭结构调控来提升钙钛矿电致发光器件性能的思路，阐明了器件性能提升的机制。该策略对于优化基于钙钛矿的红光及蓝光电致发光器件具有重要借鉴意义。
该论文第一作者是张峰博士，目前在清华大学段炼教授课题组进行博士后研究，主要从事钙钛矿量子点的制备及其电致发光器件等相关研究工作，近几年来在包括ACS Nano, Chemistry of Materials等刊物上发表SCI论文10余篇。
原文链接：https://doi.org/10.1039/C9QM00768G
Title: Modulation of Ligands Conjugation for Efficient FAPbBr3 based Green Light-Emitting Diodes
Authors: Feng Zhang, Mengna Sun, Xiyu Luo, Dongdong Zhang,* and Lian Duan*
