金属卤化物钙钛矿量子点发光二极管(QLEDs)在新一代照明和显示领域极具应用前景。目前，绿光和红光钙钛矿QLEDs的外量子效率(EQE)已经超过26%，但是蓝光钙钛矿QLEDs的性能远落后于绿光和红光钙钛矿QLEDs。蓝光钙钛矿QLEDs器件性能不佳的主要原因在于：①蓝光钙钛矿QDs表面未配位Pb形成的缺陷会带来严重的非辐射复合，阻碍了器件高效率的实现;②蓝光钙钛矿QDs深的价带会在QDs和空穴传输层(HTLs)之间形成大的空穴注入势垒，导致QDs层中载流子注入不平衡，进而降低QLEDs的效率。因此，为了实现蓝光QLEDs中高效的激子辐射复合，迫切需要开发能够同时钝化蓝光QDs缺陷和优化器件载流子注入平衡的策略。
鉴于此，郑州大学宋继中等结合CsPbCl3-xBrx QDs的表面钝化和器件结构的合理设计，构筑了发射光谱为490 nm的高效QLEDs，最高外量子效率(EQE)达23.5%(图1)，这是目前蓝光钙钛矿LEDs领域中报道的最高值。在QD材料钝化方面，通过引入三氟羧酸根(TFA-)来调控QDs的表面态，发现TFA-能够与CsPbCl3-xBrx QDs表面未配位的Pb产生强的相互作用(图2)。钝化后，蓝光QDs表现出高效的激子辐射复合行为(图3)，其薄膜的光致发光效率(PLQY)达84%，远高于钝化前QD薄膜的43%。此外，钝化后的蓝光QDs具有更浅的价带，为高效QLEDs的构筑提供了更有利的空穴注入通道。在器件结构设计方面，通过在聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(4,4′-(N-(4-仲丁基苯基)二苯胺)](TFB)中引入小分子三(4-咔唑-9-基苯基)胺(TCTa)，提出混合型空穴传输层(M-HTL)的设计思想，以提升空穴注入效率和传输能力(见图4);相比纯的TFB空穴传输层，M-HTL显著提升了器件的空穴注入能力和平衡了器件的载流子输运。更重要的是，我们发现，M-HTL展现出更优异的成膜性，显著抑制了器件中的载流子泄漏(图5)，也为高效QLEDs的实现打下了基础。
基于上述调控，实现了蓝光CsPbCl3-xBrx QDs的高效复合，其QLEDs的EQE超过了23%，大大推动了钙钛矿QD显示的商业化进程。
该研究工作，以“Boosting External Quantum Efficiency of Blue Perovskite QLEDs Exceeding 23% by Trifluoroacetate Passivation and Mixed Hole Transportation Design”为题在线发表于《Advanced Materials》上(Nong et al, Advanced Materials (2024), https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402325)。
图1 高效的蓝光钙钛矿QLEDs.
图2 CsPbCl3-xBrx QDs的TFA−钝化.
图3 TFA−钝化CsPbCl3-xBrx QDs的复合行为.
图4 M-HTL改善QLEDs的复合行为.
图5 M-HTL抑制QLEDs中的激子泄露.
