强化载流子传输实现高亮度高效率钙钛矿量子点发光二极管

郑金平; 杨开宇; 李福山

doi:10.37188/CJL.20230009

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强化载流子传输实现高亮度高效率钙钛矿量子点发光二极管

封面文章 | 更新时间：2023-10-27

- 强化载流子传输实现高亮度高效率钙钛矿量子点发光二极管
  增强出版
- Strengthening Carrier Transmission to Achieve High Brightness and High Efficiency of Perovskite Quantum Dot Light Emitting Diodes
- 发光学报 2023年44卷第6期页码：933-941
- 作者机构：
  
  福州大学物理与信息工程学院，福建福州　350108
- 作者简介：
  
  [ "郑金平（1997-），男，贵州晴隆县人，硕士研究生，2020年于福州大学获得学士学位，主要从事发光材料与器件的研究。E-mail： 1963013911@qq. com" ]
  [ "杨开宇（1984-），男，福建福州人，博士，副教授，2019年于福州大学获得博士学位，主要从事发光材料与器件的研究。E-mail： kaikaibrian@fzu. edu. cn" ]
  [ "李福山（1978-），男，福建莆田人，博士，研究员，博士生导师，2005年于北京大学获得博士学位，主要从事发光材料与器件的研究。E-mail： fushanli@hotmail. com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(62075043;61905042)
- DOI：10.37188/CJL.20230009
  中图分类号： TN312.8
- 收稿日期：2023-01-18，
  
  修回日期：2023-02-03，
  
  纸质出版日期：2023-06-05
- 稿件说明：
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郑金平,杨开宇,李福山.强化载流子传输实现高亮度高效率钙钛矿量子点发光二极管[J].发光学报,2023,44(06):933-941.

ZHENG Jinping,YANG Kaiyu,LI Fushan.Strengthening Carrier Transmission to Achieve High Brightness and High Efficiency of Perovskite Quantum Dot Light Emitting Diodes[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(06):933-941.
郑金平,杨开宇,李福山.强化载流子传输实现高亮度高效率钙钛矿量子点发光二极管[J].发光学报,2023,44(06):933-941. DOI： 10.37188/CJL.20230009.

ZHENG Jinping,YANG Kaiyu,LI Fushan.Strengthening Carrier Transmission to Achieve High Brightness and High Efficiency of Perovskite Quantum Dot Light Emitting Diodes[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(06):933-941. DOI： 10.37188/CJL.20230009.

摘要

金属卤化物钙钛矿量子点因其具有高光致发光量子产率、高色纯度、带隙可调等优良的光学性能，具备成为下一代发光显示材料的潜力。目前，红绿钙钛矿量子点发光二极管（PQLED）的电致发光效率已经达到有机发光二极管（OLED）的水平。然而，有机长链配体阻碍了电荷的传输，导致钙钛矿量子点发光二极管在最大外量子效率（EQE）下的亮度较低。为了实现钙钛矿量子点发光二极管在最大EQE下仍然具有较高的发光亮度，我们用无机配体CaBr

部分替换有机长链配体，强化PQLED中的载流子传输，并提升电致发光的载流子注入。同有机长链配体和有机短链配体相比，无机配体能够减缓有机链存在所造成的电绝缘性，改善QDs电导性，进一步增强QDs的发光特性。基于这种策略，我们实现了在3 753 cd/m

高亮度下峰值EQE为10.57%的钙钛矿量子点发光二极管。在6.6 V的工作电压下，PQLED的最大亮度高达116 612 cd/m

。

Abstract

Metal halide perovskite quantum dots have the potential to become the next generation of luminescent display material because of their excellent optical properties such as high photoluminescence quantum yield， high color purity and adjustable band gap. At present， the electroluminescence efficiency of red-green perovskite quantum dot light-emitting diode （PQLED） has reached the level of organic light-emitting diodes （OLED）. However， organic long-chain ligands hinder charge transport， resulting in a lower brightness of perovskite quantum dot light-emitting diodes at maximum external quantum efficiency （EQE）. In order to realize that the perovskite QDs still have high luminescence brightness at the maximum EQE， we replaced the organic long-chain ligand with the inorganic ligand CaBr

， strengthened the carrier transmission in PQLED， and enhanced the electroluminescent carrier injection. Compared with organic long-chain ligand and organic short-chain ligand， inorganic ligand can slow down the electrical insulation caused by the existence of organic chains， improve the conductance of QDs， and further enhance the luminescence characteristics of QDs. Based on this strategy， we achieved perovskite quantum dot light-emitting diodes with a peak EQE of 10.57% at a high brightness of 3 753 cd/m

. At an operating voltage of 6.6 V， the maximum brightness of the PQLED is 116 612 cd/m

关键词

Keywords

references

TAN Z K ， MOGHADDAM R S ， LAI M L ， et al . Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite ［J］. Nat. Nanotechnol. ， 2014 ， 9 （ 9 ）： 687 - 692 . doi: 10.1038/nnano.2014.149 http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2014.149

KIM Y H ， CHO H ， HEO J H ， et al . Multicolored organic/inorganic hybrid perovskite light-emitting diodes ［J］. Adv. Mater. ， 2015 ， 27 （ 7 ）： 1248 - 1254 . doi: 10.1002/adma.201570047 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201570047

CHO H ， JEONG S H ， PARK M H ， et al . Overcoming the electroluminescence efficiency limitations of perovskite light-emitting diodes ［J］. Science ， 2015 ， 350 （ 6265 ）： 1222 - 1225 . doi: 10.1126/science.aad1818 http://dx.doi.org/10.1126/science.aad1818

PROTESESCU L ， YAKUNIN S ， BODNARCHUK M I ， et al . Nanocrystals of cesium lead halide perovskites （CsPb X 3 ， X = Cl， Br， and I）： novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut ［J］. Nano Lett. ， 2015 ， 15 （ 6 ）： 3692 - 3696 . doi: 10.1021/nl5048779 http://dx.doi.org/10.1021/nl5048779

SCHMIDT L C ， PERTEGÁS A ， GONZÁLEZ-CARRERO S ， et al . Nontemplate synthesis of CH 3 NH 3 PbBr 3 perovskite nanoparticles ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2014 ， 136 （ 3 ）： 850 - 853 . doi: 10.1021/ja4109209 http://dx.doi.org/10.1021/ja4109209

KIM Y H ， CHO H ， LEE T W . Metal halide perovskite light emitters ［J］. Proc. Natl. Acad. Sci. USA ， 2016 ， 113 （ 42 ）： 11694 - 11702 . doi: 10.1073/pnas.1607471113 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1607471113

KIM Y H ， KIM J S ， LEE T W . Strategies to improve luminescence efficiency of metal-halide perovskites and light-emitting diodes ［J］. Adv. Mater. ， 2019 ， 31 （ 47 ）： 1804595-1-28 . doi: 10.1002/adma.201970335 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201970335

KOSCHER B A ， SWABECK J K ， BRONSTEIN N D ， et al . Essentially trap-free CsPbBr 3 colloidal nanocrystals by postsynthetic thiocyanate surface treatment ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2017 ， 139 （ 19 ）： 6566 - 6569 . doi: 10.1021/jacs.7b02817 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.7b02817

DE ROO J ， IBÁÑEZ M ， GEIREGAT P ， et al . Highly dynamic ligand binding and light absorption coefficient of cesium lead bromide perovskite nanocrystals ［J］. ACS Nano ， 2016 ， 10 （ 2 ）： 2071 - 2081 . doi: 10.1021/acsnano.5b06295 http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.5b06295

WANG H C ， WANG W G ， TANG A C ， et al . High-performance CsPb 1- x Sn x Br 3 perovskite quantum dots for light-emitting diodes ［J］. Angew. Chem. Int. Ed. ， 2017 ， 56 （ 44 ）： 13650 - 13654 . doi: 10.1002/anie.201706860 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201706860

CHIBA T ， HAYASHI Y ， EBE H ， et al . Anion-exchange red perovskite quantum dots with ammonium iodine salts for highly efficient light-emitting devices ［J］. Nat. Photonics ， 2018 ， 12 （ 11 ）： 681 - 687 . doi: 10.1038/s41566-018-0260-y http://dx.doi.org/10.1038/s41566-018-0260-y

SONG J Z ， FANG T ， LI J H ， et al . Organic-inorganic hybrid passivation enables perovskite QLEDs with an EQE of 16.48% ［J］. Adv. Mater. ， 2018 ， 30 （ 50 ）： 1805409-1-9 . doi: 10.1002/adma.201805409 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201805409

KIM Y H ， KIM S ， KAKEKHANI A ， et al . Comprehensive defect suppression in perovskite nanocrystals for high-efficiency light-emitting diodes ［J］. Nat. Photonics ， 2021 ， 15 （ 2 ）： 148 - 155 . doi: 10.1038/s41566-020-00732-4 http://dx.doi.org/10.1038/s41566-020-00732-4

KIM Y H ， PARK J ， KIM S ， et al . Exploiting the full advantages of colloidal perovskite nanocrystals for large-area efficient light-emitting diodes ［J］. Nat. Nanotechnol. ， 2022 ， 17 （ 6 ）： 590 - 597 . doi: 10.1038/s41565-022-01113-4 http://dx.doi.org/10.1038/s41565-022-01113-4

WANG Y K ， SINGH K ， LI J Y ， et al . In situ inorganic ligand replenishment enables bandgap stability in mixed‐halide perovskite quantum dot solids ［J］. Adv. Mater. ， 2022 ， 34 （ 21 ）： 2200854-1-6 . doi: 10.1002/adma.202200854 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202200854

ZHU H W ， TONG G Q ， LI J C ， et al . Enriched-bromine surface state for stable sky-blue spectrum perovskite QLEDs with an EQE of 14.6% ［J］. Adv. Mater. ， 2022 ， 34 （ 37 ）： 2205092-1-9 . doi: 10.1002/adma.202205092 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202205092

LU M ， GUO J ， SUN S Q ， et al . Bright CsPbI 3 perovskite quantum dot light-emitting diodes with top-emitting structure and a low efficiency roll-off realized by applying zirconium acetylacetonate surface modification ［J］. Nano Lett. ， 2020 ， 20 （ 4 ）： 2829 - 2836 . doi: 10.1021/acs.nanolett.0c00545 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00545

HAN B N ， YUAN S C ， CAI B ， et al . Green perovskite light-emitting diodes with 200 hours stability and 16% efficiency： cross-linking strategy and mechanism ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2021 ， 31 （ 26 ）： 2011003-1-12 . doi: 10.1002/adfm.202011003 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202011003

LI J H ， XU L M ， WANG T ， et al . 50-fold EQE improvement up to 6.27% of solution-processed all-inorganic perovskite CsPbBr 3 QLEDs via surface ligand density control ［J］. Adv. Mater. ， 2017 ， 29 （ 5 ）： 1603885-1-9 . doi: 10.1002/adma.201603885 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201603885

ZHAO B D ， LIAN Y X ， CUI L S ， et al . Efficient light-emitting diodes from mixed-dimensional perovskites on a fluoride interface ［J］. Nat. Electronics ， 2020 ， 3 （ 11 ）： 704 - 710 . doi: 10.1038/s41928-020-00487-4 http://dx.doi.org/10.1038/s41928-020-00487-4

LIU F ， ZHANG Y H ， DING C ， et al . Highly luminescent phase-stable CsPbI 3 perovskite quantum dots achieving near 100% absolute photoluminescence quantum yield ［J］. ACS Nano ， 2017 ， 11 （ 10 ）： 10373 - 10383 . doi: 10.1021/acsnano.7b05442 http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.7b05442

IP A H ， THON S M ， HOOGLAND S ， et al . Hybrid passivated colloidal quantum dot solids ［J］. Nat. Nanotechnol. ， 2012 ， 7 （ 9 ）： 577 - 582 . doi: 10.1038/nnano.2012.127 http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2012.127

TANG J ， KEMP K W ， HOOGLAND S ， et al . Colloidal-quantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation ［J］. Nat. Mater. ， 2011 ， 10 （ 10 ）： 765 - 771 . doi: 10.1038/nmat3118 http://dx.doi.org/10.1038/nmat3118

SONG J Z ， LI J H ， XU L M ， et al . Room-temperature triple-ligand surface engineering synergistically boosts ink stability， recombination dynamics， and charge injection toward EQE-11.6% perovskite QLEDs ［J］. Adv. Mater. ， 2018 ， 30 （ 30 ）： 1800764-1-7 . doi: 10.1002/adma.201800764 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201800764

ZHANG J B ， YIN C Y ， YANG F ， et al . Highly luminescent and stable CsPbI 3 perovskite nanocrystals with sodium dodecyl sulfate ligand passivation for red-light-emitting diodes ［J］. J. Phys. Chem. Lett. ， 2021 ， 12 （ 9 ）： 2437 - 2443 . doi: 10.1021/acs.jpclett.1c00008 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00008

YANG J N ， SONG Y ， YAO J S ， et al . Potassium bromide surface passivation on CsPbI 3- x Br x nanocrystals for efficient and stable pure red perovskite light-emitting diodes ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2020 ， 142 （ 6 ）： 2956 - 2967 . doi: 10.1021/jacs.9b11719 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.9b11719

QU X W ， ZHANG N ， CAI R ， et al . Improving blue quantum dot light-emitting diodes by a lithium fluoride interfacial layer ［J］. Appl. Phys. Lett. ， 2019 ， 114 （ 7 ）： 071101-1-5 . doi: 10.1063/1.5087102 http://dx.doi.org/10.1063/1.5087102

ZHANG W D ， DING S H ， ZHUANG W D ， et al . InP/ZnS/ZnS core/shell blue quantum dots for efficient light-emitting diodes ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2020 ， 30 （ 49 ）： 2005303-1-9 . doi: 10.1002/adfm.202005303 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202005303

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