基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管

卢璐; 董建华; 池淑瑞; 金旭东; 赵敏; 王华; 苗艳勤

doi:10.37188/CJL.20230110

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管

器件制备及器件物理 | 更新时间：2023-11-01

- 基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管
  增强出版
- Green Light-emitting Diodes Based on Sorbitol-passivated Perovskite Polycrystalline Films
- 发光学报 2023年44卷第10期页码：1833-1841
- 作者机构：
  
  1.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西太原　030024
  2.兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，山西兴县　033600
  3.山西浙大新材料与化工研究院，山西太原　030000
- 作者简介：
  
  [ "卢璐（1999-），女，山西河津人，硕士研究生，2021年于太原理工大学获得学士学位，主要从事钙钛矿发光二极管的研究。 E-mail： 1642460042@qq.com" ]
  [ "赵敏（1986-），男，山西长治人，博士，副教授，硕士生导师，2015年于兰州大学获得博士学位，主要从事新型二维材料、量子点的制备及光电性能研究。 E-mail: zhaomin01@tyut.edu.cn" ]
  [ "苗艳勤（1987-），男，山西临县人，博士，副教授，硕士生导师，2015年于太原理工大学获得博士学位，主要从事半导体光电子器件及其物理的研究。 E-mail: miaoyanqin@tyut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  山西省科技创新人才团队项目(202204051001013);山西省基础研究项目(20210302123115);山西⁃浙大新材料与化工研究院基础研究项目(2021SX⁃FR007);吕梁市高层次人才重点研发计划项目(2021RC⁃2⁃18)
- DOI：10.37188/CJL.20230110
  中图分类号： TN312.8;O482.31
- 纸质出版日期：2023-10-05，
  
  收稿日期：2023-04-28，
  
  修回日期：2023-05-24，
- 稿件说明：
移动端阅览
卢璐, 董建华, 池淑瑞, 等. 基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管[J]. 发光学报, 2023,44(10):1833-1841.

LU LU, DONG JIANHUA, CHI SHURUI, et al. Green Light-emitting Diodes Based on Sorbitol-passivated Perovskite Polycrystalline Films. [J]. Chinese journal of luminescence, 2023, 44(10): 1833-1841.
卢璐, 董建华, 池淑瑞, 等. 基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管[J]. 发光学报, 2023,44(10):1833-1841. DOI： 10.37188/CJL.20230110.

LU LU, DONG JIANHUA, CHI SHURUI, et al. Green Light-emitting Diodes Based on Sorbitol-passivated Perovskite Polycrystalline Films. [J]. Chinese journal of luminescence, 2023, 44(10): 1833-1841. DOI： 10.37188/CJL.20230110.

摘要

金属卤化物钙钛矿具有高的缺陷容忍度、可调的发光峰位与较窄半峰宽等优异光电特性，在开发高性能发光二极管方面展现出巨大潜力。钙钛矿发光二极管的低成本溶液制备有利于其应用于显示与照明领域的大规模商业化生产，但溶液成膜过程中伴随着有机溶剂的挥发，成膜时易形成缺陷态，不利于高性能器件的实现。在钙钛矿前驱体溶液中引入添加剂是一种简单有效的钙钛矿缺陷钝化策略，其中，路易斯碱被证明是非常有效的添加剂之一。基于此，本文提出在前驱体溶液中引入小分子路易斯碱添加剂（山梨醇）来钝化薄膜缺陷，并制备了钙钛矿发光二极管。研究证明，山梨醇的引入可以明显改善薄膜质量，且山梨醇浓度为0.3 mol·L

-1

时，制备的器件实现了最佳电致发光性能，如最大外量子效率和亮度分别达到6.71%和7 654 cd·m

-2

，且器件展现出较好的光谱稳定性与重复性。本工作对改善多晶薄膜成膜质量和提高钙钛矿发光二极管器件方面具有重要意义。

Abstract

Metal halide perovskite has excellent photoelectric characteristics such as high defect tolerance， tunable peak position and narrow full width at half maximum， which exhibits great potential in the development of high-performance light-emitting diodes. Perovskite light-emitting diodes can be applied to the large-scale commercial production in the display and lighting fields due to low-cost solution preparation. However， the adverse defects are formed in the process of film formation accompanied by the organic solvent volatilization， which are not conducive to the realization of high performance devices. Introducing additive in perovskite precursor solution is a simple and effective strategy to passivate defects. It is reported that the Lewis base is one of the effective additives. Based on analysis， in this work， we propose to introduce a small molecule Lewis base additive （sorbitol） into the precursor solution to passivate the defects of perovskite film， and fabricate perovskite light-emitting diodes. The experiment results show that the introduction of sorbitol can significantly improve the film quality. And when the concentration of sorbitol is 0.3 mol·L

-1

， the corresponding device achieves the best electroluminescence performance with the maximum external quantum efficiency and luminance of 6.71% and 7 654 cd·m

-2

， respectively. In addition， the resulting device also shows good spectral stability and repeatability. This work is of great significance to improve the polycrystalline film forming quality and boosting the performance of perovskite light-emitting diodes.

关键词

多晶钙钛矿发光二极管山梨醇缺陷钝化

Keywords

polycrystalline perovskitelight-emitting diodessorbitoldefect passivation

references

QUAN L N， DE ARQUER F P G， SABATINI R P， et al. Perovskites for light emission ［J］. Adv. Mater.， 2018， 30（45）： 1801996-1-19. doi: 10.1002/adma.201801996http://dx.doi.org/10.1002/adma.201801996

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.2014.149http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2014.149

KIM J S， HEO J M， PARK G S， et al. Ultra-bright， efficient and stable perovskite light-emitting diodes ［J］. Nature， 2022， 611（7937）： 688-694. doi: 10.1038/s41586-022-05304-whttp://dx.doi.org/10.1038/s41586-022-05304-w

JIANG J， CHU Z M， YIN Z G， et al. Red perovskite light-emitting diodes with efficiency exceeding 25% realized by co-spacer cations ［J］. Adv. Mater.， 2022， 34（36）： 2204460-1-8. doi: 10.1002/adma.202204460http://dx.doi.org/10.1002/adma.202204460

JIANG Y Z， SUN C J， XU J， et al. Synthesis-on-substrate of quantum dot solids ［J］. Nature， 2022， 612（7941）： 679-684. doi: 10.1038/s41586-022-05486-3http://dx.doi.org/10.1038/s41586-022-05486-3

CHEN Z M， LI Z C， CHEN Z， et al. Utilization of trapped optical modes for white perovskite light-emitting diodes with efficiency over 12% ［J］. Joule， 2021， 5（2）： 456-466. doi: 10.1016/j.joule.2020.12.008http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2020.12.008

LIU X K， XU W D， BAI S， et al. Metal halide perovskites for light-emitting diodes ［J］. Nat. Mater.， 2021， 20（1）： 10-21. doi: 10.1038/s41563-020-0784-7http://dx.doi.org/10.1038/s41563-020-0784-7

FAKHARUDDIN A， GANGISHETTY M K， ABDI-JALEBI M， et al. Perovskite light-emitting diodes ［J］. Nat. Electron.， 2022， 5（4）： 203-216. doi: 10.1038/s41928-022-00745-7http://dx.doi.org/10.1038/s41928-022-00745-7

王建浦，彭其明. 钙钛矿发光：多学科深度交叉融合［J］. 发光学报， 2020， 41（11）： 1335-1338. doi: 10.37188/cjl.20200321http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200321

WANG J P， PENG Q M. Perovskite luminescence： in-depth multidisciplinary integration ［J］. Chin. J. Lumin.， 2020， 41（11）： 1335-1338. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20200321http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200321

ZHANG L Q， YANG X L， JIANG Q， et al. Ultra-bright and highly efficient inorganic based perovskite light-emitting diodes ［J］. Nat. Commun.， 2017， 8： 15640-1-8. doi: 10.1038/ncomms15640http://dx.doi.org/10.1038/ncomms15640

VOZNYY O， SUTHERLAND B R， IP A H， et al. Engineering charge transport by heterostructuring solution-processed semiconductors ［J］. Nat. Rev. Mater.， 2017， 2（5）： 17026-1-10. doi: 10.1038/natrevmats.2017.26http://dx.doi.org/10.1038/natrevmats.2017.26

ZOU Y T， YUAN Z C， BAI S， et al. Recent progress toward perovskite light-emitting diodes with enhanced spectral and operational stability ［J］. Mater. Today Nano， 2019， 5： 100028-1-13. doi: 10.1016/j.mtnano.2019.100028http://dx.doi.org/10.1016/j.mtnano.2019.100028

PENG X F， YANG X H， LIU D T， et al. Targeted distribution of passivator for polycrystalline perovskite light-emitting diodes with high efficiency ［J］. ACS Energy Lett.， 2021， 6（12）： 4187-4194. doi: 10.1021/acsenergylett.1c01753http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01753

ZHANG Z H， GAO Y F， LI Z C， et al. Marked passivation effect of naphthalene-1， 8-dicarboximides in high-performance perovskite solar cells ［J］. Adv. Mater.， 2021， 33（31）： 2008405-1-11. doi: 10.1002/adma.202008405http://dx.doi.org/10.1002/adma.202008405

LI C W， WANG X M， BI E B， et al. Rational design of Lewis base molecules for stable and efficient inverted perovskite solar cells ［J］. Science， 2023， 379（6633）： 690-694. doi: 10.1126/science.ade3970http://dx.doi.org/10.1126/science.ade3970

FANG Z B， CHEN W J， SHI Y L， et al. Dual passivation of perovskite defects for light-emitting diodes with external quantum efficiency exceeding 20% ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2020， 30（12）： 1909754-1-9. doi: 10.1002/adfm.201909754http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201909754

LI M B， SUN R M， CHANG J X， et al. Orientated crystallization of FA-based perovskite via hydrogen-bonded polymer network for efficient and stable solar cells ［J］. Nat. Commun.， 2023， 14（1）： 573-1-11. doi: 10.1038/s41467-023-36224-6http://dx.doi.org/10.1038/s41467-023-36224-6

YANG X L， ZHANG X W， DENG J X， et al. Efficient green light-emitting diodes based on quasi-two-dimensional composition and phase engineered perovskite with surface passivation ［J］. Nat. Commun.， 2018， 9（1）： 570-1-8. doi: 10.1038/s41467-018-02978-7http://dx.doi.org/10.1038/s41467-018-02978-7

CAI F L， YAN Y， YAO J X， et al. Ionic additive engineering toward high‐efficiency perovskite solar cells with reduced grain boundaries and trap density ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（34）： 1801985-1-9. doi: 10.1002/adfm.201801985http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201801985

董建华，卢璐，金旭东，等. 葡萄糖作钝化剂的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管［J］. 发光学报， 2023， 44（2）： 328-336. doi: 10.37188/CJL.20220297http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20220297

DONG J H， LU L， JIN X D， et al. Green polycrystalline perovskite films with glucose as passivator for light-emitting diodes ［J］. Chin. J. Lumin.， 2023， 44（2）： 328-336. （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20220297http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20220297

WANG Z B， CHENG T， WANG F Z， et al. Morphology engineering for high-performance and multicolored perovskite light-emitting diodes with simple device structures ［J］. Small， 2016， 12（32）： 4412-4420. doi: 10.1002/smll.201601785http://dx.doi.org/10.1002/smll.201601785

WANG Z B， LUO Z， ZHAO C Y， et al. Efficient and stable pure green all-inorganic perovskite CsPbBr3 light-emitting diodes with a solution-processed NiOx interlayer ［J］. J. Phys. Chem. C， 2017， 121（50）： 28132-28138. doi: 10.1021/acs.jpcc.7b11518http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b11518

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.aad1818http://dx.doi.org/10.1126/science.aad1818

WANG S Y， TAN L G， ZHOU J J， et al. Over 24% efficient MA-free CsxFA1-xPbX3 perovskite solar cells ［J］. Joule， 2022， 6（6）： 1344-1356. doi: 10.1016/j.joule.2022.05.002http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2022.05.002

AN Q Z， PAULUS F， BECKER-KOCH D， et al. Small grains as recombination hot spots in perovskite solar cells ［J］. Matter， 2021， 4（5）： 1683-1701. doi: 10.1016/j.matt.2021.02.020http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2021.02.020

BU T L， LI J， LI H Y， et al. Lead halide-templated crystallization of methylamine-free perovskite for efficient photovoltaic modules ［J］. Science， 2021， 372（6548）： 1327-1332. doi: 10.1126/science.abh1035http://dx.doi.org/10.1126/science.abh1035

FENG W J， LIN K B， LI W Q， et al. Efficient all-inorganic perovskite light-emitting diodes enabled by manipulating the crystal orientation ［J］. J. Mater. Chem. A， 2021， 9（17）： 11064-11072. doi: 10.1039/d1ta00093dhttp://dx.doi.org/10.1039/d1ta00093d

NIE W Y， TSAI H， ASADPOUR R， et al. High-efficiency solution-processed perovskite solar cells with millimeter-scale grains ［J］. Science， 2015， 347（6221）： 522-525. doi: 10.1126/science.aaa0472http://dx.doi.org/10.1126/science.aaa0472

LI G R， RIVAROLA F W R， DAVIS N J L K， et al. Highly efficient perovskite nanocrystal light-emitting diodes enabled by a universal crosslinking method ［J］. Adv. Mater.， 2016， 28（18）： 3528-3534. doi: 10.1002/adma.201600064http://dx.doi.org/10.1002/adma.201600064

REN M， CAO S， ZHAO J L， et al. Advances and challenges in two-dimensional organic-inorganic hybrid perovskites toward high-performance light-emitting diodes ［J］. Nano⁃Micro Lett.， 2021， 13（1）： 163-1-36. doi: 10.1007/S40820-021-00685-5http://dx.doi.org/10.1007/S40820-021-00685-5

黎振超，陈梓铭，邹广锐兴，等. 有机添加剂在金属卤化钙钛矿发光二极管中的应用［J］. 物理学报， 2019， 68（15）： 158505-1-22. doi: 10.7498/aps.68.20190307http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190307

LI Z C， CHEN Z M， ZOU G R X， et al. Applications of organic additives in metal halide perovskite light-emitting diodes ［J］. Acta Phys. Sinica， 2019， 68（15）： 158505-1-22. （in Chinese）. doi: 10.7498/aps.68.20190307http://dx.doi.org/10.7498/aps.68.20190307

LI Y M， LI Y S， SHI J J， et al. High quality perovskite crystals for efficient film photodetectors induced by hydrolytic insulating oxide substrates ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（10）： 1705220-1-10. doi: 10.1002/adfm.201705220http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201705220

LI Y M， CHEN Z J， YU B C， et al. Efficient， stable formamidinium-cesium perovskite solar cells and minimodules enabled by crystallization regulation ［J］. Joule， 2022， 6（3）： 676-689. doi: 10.1016/j.joule.2022.02.003http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.003

LE CORRE V M， DUIJNSTEE E A， TAMBOULI OEL， et al. Revealing charge carrier mobility and defect densities in metal halide perovskites via space-charge-limited current measurements ［J］. ACS Energy Lett.， 2021， 6（3）： 1087-1094. doi: 10.1021/acsenergylett.0c02599http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02599

WU W W， XU H F， LIU G Z， et al. Introduction of 4-hydroxybenzaldehyde as interface modifier with multidimensional defects passivation effect for high-performance perovskite solar cells ［J］. Appl. Surf. Sci.， 2021， 570： 151259-1-9. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.151259http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151259

SONG J N， HU Q， ZHANG Q Z， et al. Manipulating the crystallization kinetics by additive engineering toward high-efficient photovoltaic performance ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（14）： 2009103-1-9. doi: 10.1002/adfm.202009103http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202009103

ZHAO C Y， WU W P， ZHAN H M， et al. Phosphonate/phosphine oxide dyad additive for efficient perovskite light‐emitting diodes ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61（13）： e202117374-1-5. doi: 10.1002/anie.202117374http://dx.doi.org/10.1002/anie.202117374

ZHENG X P， CHEN B， DAI J， et al. Defect passivation in hybrid perovskite solar cells using quaternary ammonium halide anions and cations ［J］. Nat. Energy， 2017， 2（7）： 17102-1-9. doi: 10.1038/nenergy.2017.102http://dx.doi.org/10.1038/nenergy.2017.102

DEQUILETTES D W， KOCH S， BURKE S， et al. Photoluminescence lifetimes exceeding 8 μs and quantum yields exceeding 30% in hybrid perovskite thin films by ligand passivation ［J］. ACS Energy Lett.， 2016， 1（2）： 438-444. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00236http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.6b00236

BOHN B J， TONG Y， GRAMLICH M， et al. Boosting tunable blue luminescence of halide perovskite nanoplatelets through postsynthetic surface trap repair ［J］. Nano Lett.， 2018， 18（8）： 5231-5238. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b02190http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b02190

XIONG Z H， LAN L K， WANG Y Y， et al. Multifunctional polymer framework modified SnO2 enabling a photostable α-FAPbI3 perovskite solar cell with efficiency exceeding 23% ［J］. ACS Energy Lett.， 2021， 6（11）： 3824-3830. doi: 10.1021/acsenergylett.1c01763http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01763

MA D X， LIN K B， DONG Y T， et al. Distribution control enables efficient reduced-dimensional perovskite LEDs ［J］. Nature， 2021， 599（7886）： 594-598. doi: 10.1038/s41586-021-03997-zhttp://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03997-z

浏览量

270

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于准二维钙钛矿发光层优化的蓝色发光二极管研究进展

基于HEDTA配体修饰的纯红色CsPb(Br/I)₃钙钛矿发光二极管

多功能乳清酸钝化协助制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池

A位取代和缺陷钝化实现钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射