物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (4): 2009002.doi: 10.3866/PKU.WHXB202009002
所属专题: 金属卤化物钙钛矿光电材料和器件
邹广锐兴1, 陈梓铭1,2,*(), 黎振超1, 叶轩立1,*(
)
收稿日期:
2020-09-01
录用日期:
2020-10-04
发布日期:
2020-10-22
通讯作者:
陈梓铭,叶轩立
E-mail:chenziming@scut.edu.cn;msangusyip@scut.edu.cn
作者简介:
陈梓铭,1991出生,博士导师为华南理工大学的叶轩立教授,现为华南理工大学博士后。主要研究钙钛矿光电器件的研发(包括发光二极管与太阳电池),器件物理与光物理的解析等基金资助:
Guangruixing Zou1, Ziming Chen1,2,*(), Zhenchao Li1, Hin-Lap Yip1,*(
)
Received:
2020-09-01
Accepted:
2020-10-04
Published:
2020-10-22
Contact:
Ziming Chen,Hin-Lap Yip
E-mail:chenziming@scut.edu.cn;msangusyip@scut.edu.cn
About author:
Email: msangusyip@scut.edu.cn (H.Y.)Supported by:
摘要:
金属卤化钙钛矿由于具有优异的光电性能(如:高电子/空穴迁移率,高荧光量子产率,高色纯度,以及光色可调性等),成为应用于发光二极管(LED)的理想材料。近年来,钙钛矿LED的发展十分迅速,红光和绿光钙钛矿LED的外量子效率(EQE)均已超过20%。然而,蓝光(尤其是深蓝光)钙钛矿LED的EQE以及稳定性依然相对落后,这严重制约了钙钛矿LED在高性能、广色域显示领域和高显色指数白光照明领域的应用。因此,总结现阶段蓝光钙钛矿LED的发展,并剖析其机遇与挑战,对未来蓝光甚至整个钙钛矿LED领域的发展至关重要。本文将蓝光钙钛矿LED根据光色细分为天蓝光、纯蓝光、深蓝光三大部分进行总结,回顾了三种LED器件的发展历程,并详细阐述了现阶段实现他们的主要手段以及相关的基础原理,最后分析了它们各自的问题并提出了相应的解决思路。
MSC2000:
邹广锐兴, 陈梓铭, 黎振超, 叶轩立. 蓝光钙钛矿发光二极管:机遇与挑战[J]. 物理化学学报, 2021, 37(4): 2009002.
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表1
蓝光钙钛矿LED的器件结构"
Perovskites | Device structure | Ref. | |
3D perovskites | MAPb(Br1–xClx)3 | ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Ag | |
Cs10(MA0.17FA0.83)(100-x)PbCl1.5Br1.5 | ITO/ZnO/perovskite/α-NPD/MoO3/Al | ||
(Cs/Rb/FA/PEA/K)Pb(Cl/Br)3 | ITO/LiF/perovskite/LiF/Bphen /LiF/Al | ||
Quasi-2D perovskites | 4-PBA2(CsPbBr3)n-1PbBr4 | ITO/ZnO/PEIE/perovskite/TFB/MoO3/Al | |
POEA2MAn–1PbnBr3n+1 | ITO/PEDOT:PSS/perovskite/TPBi/Ba/Al | ||
PEA2Csn-1Pbn(ClxBr1-x)3n +1 | ITO/PEDOT:PSS/perovskite/TPBi/LiF/Al | ||
(EA)2MAn–1PbnBr3n+1 | ITO/PEDOT:PSS/perovskite/TmPyPB/CsF/Al | ||
BA2[MAPbX3]PbX4 | ITO/PEDOT:PSS/perovskite/TmPyPB/LiF/Al | ||
BA2Csn-1Pbn(Br/Cl)3n +1 | ITO/PEDOT:PSS/PVK/perovskite/TPBi/Al | ||
NaBr:PEA-CsPb(Br1-xClx)3 | ITO/NiOx/PTAA/PVK/perovskite/TPBi/LiF/Al | ||
PBABry(Cs0.7FA0.3PbBr3) | ITO/NiO/TFB/PVK/perovskite/TPBi/LiF/Al | ||
Perovskite quantum dots | CsPb(Cl/Br)3 | ITO/PEDOT:PSS/PVK/perovskite/TPBi/LiF/Al | |
CsPbBrxCl3–x | ITO/PEDOT:PSS/TFB:PFI/perovskite/TPBi/LiF/Al | ||
CsPbClxBr3–x | ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/perovskite/TPBi/LiF/Al | ||
CsPb(Br/Cl)3 | ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/CBP/perovskite/B3PYMPM/LiF/Al | ||
CsPb(Br/Cl)3 | ITO/PEDOT:PSS/TFB/perovskite/TPBi/Liq/Al |
表2
天蓝光钙钛矿LED研究进展"
Perovskites | EL peak/nm | Max. EQE/% | Max. Luminance/(cd∙m-2) | Ref. | |
Three-dimensional perovskites | Cs10(MA0.17FA0.83)(100–x)PbCl1.5Br1.5 | 475 | 1.7 | 3567 | |
Csx(MA0.17FA0.83)(100–x)Pb(Br3–xClx)3 | 475 | 2.58 | 6426 | ||
MAPb(Br1–xClx)3 | 482 | < 0.1 | 1.7 | ||
(Cs/Rb/FA/PEA/K)Pb(Cl/Br)3 | 484 | 2.01 | 4015 | ||
Quasi-2D perovskites | PEA2(Rb0.6Cs0.4)2Pb3Br10 | 475 | 1.35 | 100.6 | |
PEA2Csn–1Pbn(ClxBr1–x)3n+1 | 480 | 5.7 | 3780 | ||
PEOA2MAn–1PbnBr3n+1 | 480, 494 | 1.1 | 19.25 | ||
PBABry(Cs0.7FA0.3PbBr3) | 483 | 9.5 | ~700 | ||
(BAxPEA1-x)2Csn-1Pbn(Br0.7Cl0.3)3n+1 | 485 | 7.84 | 1130 | ||
(EA)2MAn –1PbnBr3n+1 | 485 | 2.6 | 200 | ||
PEACl:CsPbClxBr3-x:YCl3 | 485 | 11 | 9040 | ||
BA2Csn-1Pbn(Br/Cl)3n +1 | 487 | 6.2 | 3340 | ||
PBA2(Cs/MA/FA)n–1PbnBr3n+1 | 487, 493 | 4.34, 5.08 | 643.8, 1151 | ||
PEAxPA2-x(CsPbBr3)n-1PbBr4 | 488 | 7.51 | 1765 | ||
PEA2(Cs1-xEAxPbBr3)2PbBr4 | 488 | 12.1 | 2191 | ||
NaBr:PEA-CsPb(Br1–xClx)3 | 488 | 11.7 | 2060 | ||
(IPA/PEA)-(MA/Cs)PbBr3 | 490 | 1.5 | 2480 | ||
4-PBA2(CsPbBr3)n–1PbBr4 | 491 | 0.015 | 186 | ||
GABr, PEABr-CsPbBr3 | 492 | 8.2 | 1687 | ||
PA2(CsPbBr3)n-1PbBr4 | 492 | 1.45 | 5737 | ||
Perovskite quantum dots | CsPbBr3 | 477 | 1.96 | 86.95 | |
CsPbBr3 | 479 | 12.3 | / | ||
CsPbBr3 (nanoplates) | 480 | 0.1 | 25 | ||
RbxCs1–xPbBr3 | 490 | 0.87 | 186 | ||
CsPb(Br1–xClx)3 | 490 | 1.9 | 35 | ||
CsPb(Br1–xClx)3 | 495 | 0.075 | 750 | ||
CsPbBr2.4Cl0.6 | 495 | 1.13 | 2452 |
图8
(a) PEA2A1.5Pb2.5Br8.5掺杂0-60% IPABr的PL光谱;(b) PEA2A1.5Pb2.5Br8.5掺杂40% IPABr前后的瞬态吸收光谱41;(c) CsPbClxBr3?x薄膜的PL光谱随Cl?含量变化;(d) CsPbCl0.9Br2.1薄膜的PLQY以及缺陷态密度随不同比例PEABr的变化;(e) CsPbCl0.9Br2.1薄膜的PL光谱随不同比例PEABr的变化;(f) CsPbCl0.9Br2.1钙钛矿LED的EL光谱随不同比例的PEABr的变化42;(g) PEACl-CsPbBr3钙钛矿LED掺杂不同比例的YCl3的EQE-电流密度曲线43;(h) PEA2(Cs1?xEAxPbBr3)2PbBr4钙钛矿LED的电流密度-电压-亮度曲线44"
表3
纯蓝光钙钛矿LED研究进展"
Perovskites | EL peak/nm | Peak EQE/% | Luminance/(cd·m-2) | Ref. | |
Three-dimensional perovskites | RbCl-CsPbBr3 | 468 | 0.062 | 112 | |
Quasi-2D perovskites | BA2Csn -1Pbn(Br/Cl)3n+1 | 465 | 2.4 | 962 | |
P-PDA, PEACsn –1PbnBr3n+1 | 465 | 2.6 | 211 | ||
PBA2(Cs/MA/FA)n–1PbnBr3n+1 | 465 | 2.34 | 144.9 | ||
(BA)2(MA)2Pb3Br7Cl3 | 468 | 0.01 | 21 | ||
POEA-CsPbBrxCl3-x | 468 | 0.71 | 122.1 | ||
PBABry(Cs0.7FA0.3PbBr3) | 474 | 4 | – | ||
Perovskite quantum dots | (Rb0.33Cs0.67)0.42-FA0.58PbBr1.75Cl1.25 | 466 | 0.61 | 39 | |
CsMnyPb1–yBrxCl3–x | 466 | 2.12 | 245 | ||
CsPbBrxCl3–x | 469 | 0.5 | 111 | ||
Ni2+-CsPbClxBr3–x | 470 | 2.4 | 612 | ||
CsPbClxBr3–x | 470 | 0.07 | 350 | ||
CsPbClxBr3–x | 470 | 2.15 | 507 | ||
CsPbBrxCl3–x | 470 | 6.3 | 465 |
表4
深蓝光钙钛矿LED研究进展"
Perovskites | EL peak/nm | Peak EQE/% | Luminance/(cd·m-2) | Ref. | |
Three-dimensional perovskites | MAPb(Br1-xClx)3 | 425, 450 | – | – | |
Quasi-2D perovskites | 2D n(MAPbBr3), n = 1/3/5 | 432, 456 | 0.004, 0.024 | 1.2,8.5 | |
BA2[MAPbX3]PbX4 | 440 | 0.0054 | – | ||
POEA2MAn-1PbnBr3n+1 | 462 | 0.06 | 1.26 | ||
Perovskite quantum dots | CsPbBr1.5Cl1.5 | 445 | 1.38 | 2673 | |
CsPb(Cl/Br)3 | 455 | 0.07 | 742 | ||
CsPb(Cl/Br)3 | 456 | 1.1 | 43.2 | ||
CsPbClxBr3-x | 460 | 1.35 | 33 | ||
CsPbBr3@CsPbBrx | 463 | – | – | ||
CsPb(Cl/Br)3 | 463 | 3.3 | 569 | ||
CsPbBr3 | 463 | 0.124 | 62 | ||
CsPb(Br/Cl)3 | 463 | 1.4 | 318 | ||
RbxCs1-xPbBr3 | 464 | 0.11 | 71 | ||
2D CsPbBr3 | 464 | 0.057 | 38 | ||
Perovskite Variant | Cs3Cu2I5 | 445 | 1.12 | 262.6 |
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