无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展

方文惠; 张灵骄; 陆冠桦; 陈荣盛; 郑华; 李显博; 姜月; 刘佰全

doi:10.37188/CJL.20230017

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无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展

器件制备及器件物理 | 更新时间：2023-09-06

- 无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展
  增强出版
- Preparation and Research Progress of Lead-free Perovskite Light Emitting Diodes
- 发光学报 2023年44卷第8期页码：1422-1438
- 作者机构：
  
  1.中山大学电子与信息工程学院，广东广州　510006
  2.华南理工大学微电子学院，广东广州　510640
  3.东莞理工学院电子工程与智能化学院，广东东莞　523808
  4.华南师范大学华南先进光电子研究院，广东广州　510006
- 作者简介：
  
  [ "方文惠（2001-），女，安徽宣城人，硕士研究生，2022年于湖南大学获得学士学位，主要从事胶体量子阱发光二极管的研究。E⁃mail： fangwh3@mail2.sysu.edu.cn" ]
  [ "姜月（1987-），女，吉林省吉林市人，博士，副研究员，2016年于华南理工大学获得博士学位，主要从事有机及有机-无机杂化的钙钛矿光电材料与器件等的研究。E⁃mail： yuejiang@m.scnu.edu.cn" ]
  [ "刘佰全（1987-），男，湖南邵阳人，博士，副教授，2016年于华南理工大学获得博士学位，主要从事新型半导体发光二极管的器件物理、工艺、集成与应用研究。E⁃mail： liubq33@mail.sysu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  广东省科技计划(2021A0505110009);国家自然科学基金(62104265)
- DOI：10.37188/CJL.20230017
  中图分类号：
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方文惠, 张灵骄, 陆冠桦, 等. 无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展[J]. 发光学报, 2023,44(8):1422-1438.

FANG Wenhui, ZHANG Lingjiao, LU Guanhua, et al. Preparation and Research Progress of Lead-free Perovskite Light Emitting Diodes[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2023,44(8):1422-1438.
方文惠, 张灵骄, 陆冠桦, 等. 无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展[J]. 发光学报, 2023,44(8):1422-1438. DOI： 10.37188/CJL.20230017.

FANG Wenhui, ZHANG Lingjiao, LU Guanhua, et al. Preparation and Research Progress of Lead-free Perovskite Light Emitting Diodes[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2023,44(8):1422-1438. DOI： 10.37188/CJL.20230017.

摘要

金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子效率、高色纯度、波长可调和可溶液加工等优异的性能，近年来广泛用于制备发光二极管、太阳能电池、激光器、探测器等半导体器件。其中，铅基钙钛矿发光二极管（Perovskite light emitting diode，PeLED）的外量子效率已经突破了28%。然而，重金属铅的毒性阻碍了其大规模的生产和商业化发展。因此，开发高性能的无铅PeLED成为新的研究热点，在下一代显示和照明领域展现出重要的应用前景。本文综述了无铅PeLED的实现及研究进展，首先介绍了无铅PeLED中的相关基本概念，包括无铅钙钛矿材料特性、器件结构、发光机理等；然后从无铅钙钛矿材料种类的角度出发，阐述了无铅钙钛矿的制备方法，包括旋涂法、热注入法、配体辅助再沉淀法、气相沉积法等；接着总结了实现高性能Sn基、Bi基、Sb基、Cu基等无铅PeLED的方法，包括对材料选取、结构设计、器件性能、工作机理以及发光过程的分析；最后探讨了无铅PeLED目前面临的挑战及其未来的发展机遇。

Abstract

In recent years， metal halide perovskite materials have shown a bright application prospect due to their high photoluminescence quantum efficiency， tunable luminescence wavelength， high color purity， low cost and solution-processed fabrication at room temperature. At present， the external quantum efficiency of lead-based perovskite light emitting diode（PeLED） has exceeded 28%. However， the toxicity of heavy metal lead seriously hinders its large-scale production and commercial development. Therefore， the development of low toxicity lead-free PeLED has become an urgent problem in this field. In order to solve this problem， researchers try some solutions to replace Pb， such as Sn， Bi， Sb， Cu， ,etc,. However， the performance of lead-free perovskite is far from that of Pb based perovskite， so people have adopted doping， improved preparation methods and device structures to improve the performance. This paper first introduces the preparation methods of lead-free perovskite， then summarizes the research progress， advantages and disadvantages， existing problems and improvement direction of lead-free PeLEDs， and finally makes prospects for the future development.

关键词

发光二极管钙钛矿无铅性能

Keywords

light emitting diodeperovskitelead-freeperformance

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