钙钛矿材料在发光二极管中的研究进展

2021-08-25孙丽媛邓漫君

材料科学与工程学报 2021年4期

关键词：效率

孙丽媛，卢鹏，邓漫君，仝庆

(1.江苏龙蟠科技股份有限公司，江苏南京 210038；2.湖南大学化工学院，湖南长沙 410082；3.上海理工大学理学院，上海 200093；4.南京大学现代分析中心，江苏南京 210093)

1 前言

目前，发光二极管(LED)大多使用具有直接带隙的III-V族半导体材料，但其高昂的制造成本限制了此类器件的推广[1]。因此使用胶体量子点(QD)和有机半导体等低成本溶液法制备的半导体材料开始受到关注，并取得很大进步。但随着电流密度的增大，因俄歇复合效应而导致外量子效率(EQE)急速下降是此类LED中普遍存在的问题[2-4]。因而，具有可调带隙、高荧光量子产率(PLQY)和低成本沉积的高效钙钛矿LED应运而生。

1994年，ERA等[5]首次将二维层状钙钛矿材料(C6H5C2H4NH3)2PbI4应用于LED，然而由于(C6H5C2H4NH3)2PbI4在室温时会发生热淬灭，器件只有在液氮级的超低温下才能观察到电致发光，这使其在应用中不切实际。直到2014年，FRIEND等[6]报道了用简单溶液法制成三维金属卤化物(CH3NH3PbI3-xClx, CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3-xBrx)钙钛矿发光二极管(PLED)，并通过调控卤化物组分，在室温下分别实现了近红外、绿光和红光电致发光，此后在学术界掀起了PLED的研究热潮。目前对于PLED的研究大多集中在二维(2D)、三维(3D)钙钛矿薄膜和零维(0D)钙钛矿QD[7]。截止目前，3D PLED已实现高达91 000 cd/m2的电流效率[8]和EQE为20.3%的绿光发光[9]，2D PLED已实现EQE为12.7%的近红外发光[10]和EQE为14.36%的绿光发光[11]，OD钙钛矿的量子产率(QE)可高达100%[12]，其LED的EQE也达到21.3%[13]。本文介绍了PLED器件结构及发光机理，总结了其在国内外的研究进展，浅谈了目前存在的问题及未来发展方向。