通过使用两性离子添加剂氨基磺酸钾的界面工程调节钙钛矿结晶，实现高效钙钛矿纯蓝光发光二极管

钙钛矿发光二极管（PeLED）由于其优异的电致发光特性和成熟的溶液加工性而成为下一代高质量显示器的有希望的候选者。从2014年到现在，红光和绿光PeLEDs表现出与有机发光二极管（OLED）和量子点发光二极管（QLED）相当的性能。而作为全色显示器的基本组成的蓝光PeLED仍然需要进一步改进，特别是在纯蓝色（< 480 nm）光谱范围内。近日，华东师范大学李艳青团队与中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心、苏州大学、澳门科技大学等单位合作者通过两性离子添加剂氨基磺酸钾调节钙钛矿的结晶，实现了高效率的钙钛矿纯蓝光发光二极管。

为了实现高效率的蓝光发射，准二维溴/氯混合钙钛矿已经成为具有高激子结合能的有前途的材料家族。虽然准二维溴/氯混合体系已经取得了很大的进展，但仍有一些关键问题需要解决。由于前驱体溶液中多种组分的不平衡结晶，准二维蓝色钙钛矿薄膜可能会出现一些不利现象，如薄膜形貌差和相分布不均匀。同时，与溴、碘相比，氯空位缺陷更容易产生深能级陷阱态。通过调节多组分的不平衡结晶，可以改善薄膜质量，防止缺陷的形成。此外，尽管准二维钙钛矿提供了更高激子结合能的优点，但由于结晶期间的低维相无序，存在产生不期望的能量景观和限制能量转移的可能性。

研究团队使用多功能两性离子添加剂氨基磺酸钾（PS）的界面改性，实现了一个重排的相分布和有效的空穴注入的准二维蓝光PeLED。PS添加剂中的K⁺可用作钙钛矿结晶的预成核种子，从而有助于选择有利的晶体取向。同时，磺酸（-SO₃^-）可以引发与未配位铅原子的良好配位，降低陷阱态，而氨基与卤素之间的氢键作用可以抑制卤素空位的产生。此外，PS和钙钛矿之间的强相互作用抑制n ≤ 2相和大n相的产生，这导致具有集中相分布的理想的级联结构。因此，在多功能PS的协同作用下，具有在478 nm处的稳定发射峰的纯蓝色PeLED获得了17.32%的外量子效率，与当前纯蓝色PeLED的最佳性能相当。

图1. 界面PS调节的钙钛矿结晶。a）钙钛矿膜的示意性制备过程。b）PS分子的ESP构型。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图2. 纯蓝色PeLED的器件结构和性能。a）器件的横截面SEM图像。b）PS改性器件的能级示意图。c）J-V-L图和d）对照和PS改性器件的EQE-L曲线。e）随着驱动电压增加的PS改性器件的EL光谱。插图是PS改性器件的照片，其显示出了在正向偏压下的纯蓝色发射。f）来自40个单独的PS改性器件的峰值EQE的统计直方图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是华东师范大学博士研究生余毅和王炳峰。

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Regulating Perovskite Crystallization through Interfacial Engineering Using a Zwitterionic Additive Potassium Sulfamate for Efficient Pure-Blue Light-Emitting Diodes

Yi Yu, Bing-Feng Wang, Yang Shen,* Zhen-Huang Su, Kai Zhang, Hao Ren, Ye-Fan Zhang, Xingyu Gao,* Jian-Xin Tang,* Yan-Qing Li*

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202319730

李艳青教授简介

李艳青，华东师范大学物理与电子科学学院教授。研究领域是新型光电材料与器件。已发表SCI论文200余篇，引用1万余次。相关成果入选“中国百篇最具影响国际学术论文”，获得江苏省科学技术奖一等奖、教育部自然科学二等奖。授权发明专利20余项。先后主持国家自然科学基金优秀青年基金/重点国际合作项目/联合基金重点项目/面上项目、科技部国家重点研发计划项目/课题等。