銫鉛鹵化物鈣鈦礦型平面異質結LED的應用與發展

章樓文, 沈少立, 李露穎, 張智, 劉逆霜, 高義華,

銫鉛鹵化物鈣鈦礦型平面異質結LED的應用與發展

章樓文1, 沈少立2, 李露穎2, 張智1, 劉逆霜1, 高義華1,2

(華中科技大學 1. 物理學院; 2. 武漢光電國家研究中心, 納米表征與納米器件中心, 武漢 430074)

由于優異的光電性能與環境穩定性, 全無機銫鉛鹵化物CsPbX3(X=Cl, Br, I)鈣鈦礦材料自2015年起逐漸成為光電領域的研究熱點, 在諸多電子、光電子器件的應用研究中取得了突破性進展, 受到了科學界的廣泛關注。本綜述結合銫鉛鹵化物鈣鈦礦型平面異質結LED的最新研究進展, 對器件的結構及其工作原理進行扼要的介紹, 并著重從提高LED器件發光性能和工作穩定性方面進行優化策略的歸類與總結, 最后就穩定高效的無機鈣鈦礦型平面異質結LED的發展趨勢進行了展望。

銫鉛鹵化物鈣鈦礦; 平面異質結; LED; 穩定性; 摻雜; 綜述

2009年, Kojima等[1]采用液相合成工藝成功制備有機-無機雜化鈣鈦礦材料, 并首次將其作為吸光活性材料應用于太陽能電池之中。自此, 含鉛鈣鈦礦材料掀起了太陽能電池的研究熱潮; 經過多年的摸索與創新, 鈣鈦礦型薄膜太陽能電池的性能不斷攀升[2-9], 目前能量轉化效率已突破22%[10],遠高于市場上太陽能電池的轉化效率。此外, 由于其特殊的半導體物理性質, 有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料在發光器件(LED和激光器)[11-27]、光電探測器[28-33]以及憶阻器[34-35]等應用領域也受到了廣泛的關注, 近年來取得了一系列研究成果, 為新型高效電子、光電子器件的研發提供了良好的候選材料。

盡管有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料及其器件的研究熱潮持續至今, 但由于有機陽離子組分的易揮發、易分解的不穩定性特征嚴重制約著這類材料的技術成果產業化[36-37]。因此, 全無機CsPbX3鈣鈦礦應運而生, 由于其優異的光物理特性[38]以及穩定性而廣泛用于構筑新型高效、穩定的電子、光電子器件[39-51], 成為當今科學界材料與器件研究的熱點之一。本文根據銫鉛鹵化物鈣鈦礦型平面異質結LED的最新研究進展, 簡單地介紹了該類新型LED器件結構以及工作原理, 并著重綜述了優化LED器件發光性能和穩定性的一些策略, 具體內容如圖1所示。與之前報道的鹵化物鈣鈦礦綜述[52-54]相比, 本文僅局限于無機鈣鈦礦CsPbX3的多層異質結構LED應用, 并對不同的優化途徑進行歸類與總結, 更具有針對性和系統性。最后對無機鈣鈦礦型平面異質結LED的發展趨勢進行展望, 希望能為實現無機鈣鈦礦材料在照明和平板顯示領域的規模化和產業化應用提供參考。

1 鈣鈦礦型平面異質結LED的器件結構和工作原理

1.1 LED器件的一般結構

鈣鈦礦型平面異質結LED由多個功能層部分構成, 包括ITO(氧化銦錫)導電透明玻璃、電荷傳輸層和背電極(Au、Ag和Al等金屬材料)[11]。該類LED的兩種主要結構為ITO/ETL(電子傳輸層)/Pe-emitter (鈣鈦礦發光層)/HTL(空穴傳輸層)/BE(背電極)和ITO/HTL/Pe-emitter/ETL/BE, 如圖2(a)和(b)所示。除此之外, Yu等[55]采用CsPbBr3和聚合物的混合物薄膜成功制備了無電荷傳輸層的簡易結構器件。這表明在無電荷傳輸層的器件中, 電荷載流子仍然可以從陽極和陰極高效地注入和傳輸到發光層中進行輻射復合。

圖1 LED器件發光性能和穩定性的優化策略

圖2 鈣鈦礦型平面異質結LED的器件結構示意圖(a)~(b)和工作機理示意圖(c)

1.2 LED器件的工作原理

鈣鈦礦型平面異質結LED的基本工作原理如圖2(c)所示。將器件的背電極和ITO分別連接電源的正負極, 即ITO為陰極, 背電極為陽極。器件工作時, ITO和背電極分別從外電路接收到電子和空穴載流子, 陰極的電子通過外電場作用注入到ETL的導帶, 再由ETL傳輸到鈣鈦礦層的導帶; 而陽極的空穴注入到HTL的價帶, 再由HTL傳輸到鈣鈦礦層的價帶, 最后在外加電壓的作用下電子與空穴發生輻射復合進而發光。然而, 該類LED器件的發光效率受到了諸多因素的影響, 比如鈣鈦礦量子點表面配體的鈍化作用與導電能力之間的相互制約, 多晶薄膜的形貌以及各層能帶結構之間的匹配關系等。為了減少或避免不利因素對器件EL(電致發光)效率造成的惡劣影響, 關于器件性能優化策略的研究受到了廣大科研工作者的關注, 接下來將系統地按優化策略分類講述基于CsPbX3鈣鈦礦材料在該領域的最新研究進展, 并進行一定的總結, 讓讀者對銫鉛鹵化物鈣鈦礦型平面異質結LED有一個更系統而清晰的認識。

2 LED發光性能優化策略

傳統的OLED[56]制備需要經過一個真空加工過程, 并不適合于大規模生產; QLED[57]由于材料表面的高濃度缺陷限制了其發光效率; 鈣鈦礦型LED可避免以上缺點。鹵化物鈣鈦礦材料具有可低溫合成、低缺陷密度、光學帶隙可覆蓋整個可見光波段等新穎特性, 使得鈣鈦礦型LED成為繼OLED和QLED之后的一種新型發光器件, CsPbX3鈣鈦礦型平面異質結LED的應用與發展更是備受關注。該類器件的重要組成部分電荷傳輸層材料同OLED和QLED一樣, 通常采用的是傳統的有機或聚合物材料[58-67], 比如PEDOT:PSS(乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸), PVK(聚(9-乙烯咔唑))和TPBi(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)等。

2015年1月, Kovalenko等[38]首次對CsPbX3量子點的溶液法合成及其優異的熒光性能進行報道; 同年10月, Zeng團隊[58]首次報道了該類全無機鈣鈦礦的平面異質結LED, LED器件的典型結構為ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/TPBi/LiF/Al, 如圖3(a)~ (c)所示。其中PVK層能夠降低空穴注入發光層的勢壘, 同時阻擋發光層中的電子向ITO方向傳輸, 從而使得電子與空穴載流子能夠更高效地在量子點鈣鈦礦層復合發光。Zeng等制備的LED器件具有良好的色彩飽和度, 如圖3(d)所示。該項工作表明CsPbX3極具潛力成為低成本照明顯示應用中的新一類候選材料, 為無機鈣鈦礦型LED器件的研發拉開新序幕。為了進一步提升器件的發光性能, 科研工作者做出了大量的努力, 接下來進行詳細的分類闡述與總結。

圖3 (a)器件的結構示意圖; (b)器件橫截面的TEM照片, 比例尺: 50 nm; (c)器件的能帶示意圖; (d)器件在外加電壓為5 V時的EL光譜(實線)和量子點分散在己烷中的PL(光致發光)光譜(虛線)[58]

2.1 鈣鈦礦納米晶表面態調控研究

對于納米晶形式的鈣鈦礦發光層來說, 可以通過調控材料表面態(有機配體的種類與密度)的方式進行器件性能的改善。2016年11月, Zeng團隊在之前工作[58]的基礎上, 采用正己烷/乙酸乙酯的混合溶液對鈣鈦礦量子點進行不同次數的凈化處理, 從而調控表面配體的密度, 促使表面鈍化作用與載流子注入能力兩者達到一個最佳的平衡狀態, 最終LED器件的性能得到了大幅度的提升[59], 如圖4所示, 采用兩次凈化處理后的納米晶表現出最佳的EL性能, EQE(外量子效率)高達6.27%, 大約比之前的工作[58]高出50倍。因此, 在一定程度上調控量子點表面的配體密度有助于改善載流子的注入能力, 從而大幅度提升器件的發光效率。

Bakr等[60]采用一種新的配體交換方法實現了高穩定性的CsPbX3量子點制備, 其中量子點表面的較長油類配體由較短的鹵素離子對配體所取代, 從而優化了量子點表面的導電性能。近期, Sun等[61]采用OPA(辛基膦酸)替代OA(油酸)和OLA(油胺)作為修飾量子點表面的配體, 不但大幅度提高了CsPbX3納米晶的穩定性, 而且PLQY依然保持在90%以上。通過該方法改善CsPbBr3納米晶的質量, LED器件的性能得到了大幅度的提升, CE(電流效率)和EQE分別為18.13 cd·A–1和6.5%。這主要是由于鈣鈦礦量子點薄膜的表面形貌較好, 陷阱態密度較低。

由上述內容可知, 可以通過優化配體的候選材料以及選用不同的清洗溶劑等手段來改善發光層的質量, 從而實現器件性能的大幅度提升。盡管如此, 由于器件中的有機傳輸層組分在大氣環境中的不穩定性, 嚴重影響了器件的工作壽命, 并限制了此類LED器件的實際應用。因此, 嘗試制備無機異質結構的CsPbX3鈣鈦礦型LED成為該研究領域走出實驗室實現產業化的重中之重, 將在本文第3節中繼續闡述與探討。

2.2 鈣鈦礦多晶薄膜形貌優化研究

在鈣鈦礦型LED中, 發光層材料主要以納米晶和多晶薄膜兩種形式存在, 對于后者來說, 通常可以采用優化多晶薄膜的形貌來改善器件的性能。Tan等[68]采用無機氧化物NiO替代聚合物PEDOT:PSS作為LED器件的HIL(空穴注入層)/HTL, 器件結構為ITO/HTL/CsPbBr3/TPBi/Ca/Al, 如圖5(a)所示。該研究發現過量的CsBr能夠減緩鈣鈦礦的結晶速率, 從而促進均勻光滑的薄膜形成; 而PEO(聚氧化乙烯)能夠起到鈍化鈣鈦礦薄膜中缺陷的作用, 抑制熒光淬滅現象。另外, 鈣鈦礦溶液在NiO基底上沉積時形成的針孔直徑較PEDOT:PSS基底上的要小很多, 這樣可以在一定程度上減小電流泄漏和非輻射復合的產生。由此, 所制備器件實現的最大亮度為23828 cd·m?2, 最大CE和EQE分別為9.54 cd·A?1和2.94%, 如圖5(b)所示。Sun等[69]采用反溶劑析出法制備純凈的CsPbBr3粉末, 并首次將該粉末用作LED器件的發光層, 并在CsPbBr3薄膜沉積后使用氯苯進行表面處理, 以改善發光層的形貌, 如圖5(c)和(d)所示。氯苯能夠加速鈣鈦礦從DMSO溶劑中的析出, 進一步加快鈣鈦礦的結晶過程, 從而有助于晶粒尺寸更小、更均勻的薄膜形成。此外, Liao等[70]通過真空熱蒸發工藝制備CsPbBr3薄膜, 并構筑了LED器件, 該方法制備發光層的優勢是避免了有機溶劑的殘留, 更有利于形成低粗糙度且無針孔結構的表面形貌。Lee等[71]采用PEDOT:PSS和PFI(全氟離子聚合物)的混合物替代PEDOT:PSS作為中間的HIL, 成功在HIL上旋涂制備了均勻且覆蓋完整的CsPbBr3多晶薄膜, 避免了集成器件中漏電流的產生。研究表明在旋涂鈣鈦礦溶液的時候, HIL中的PFI存在輕微的溶解, 溶解于溶液中的PFI分子會抑制鈣鈦礦晶粒的長大, 并促進晶粒形核數量的增加, 使得鈣鈦礦薄膜中的晶粒小而均勻。

圖4 (a)器件的結構示意圖和橫斷面的TEM照片(比例尺: 50 nm); (b)兩次凈化處理后CsPbBr3的QLEDs的EL光譜 (實線)和PL光譜(虛線), 插圖: 外加電壓為5 V時的工作器件照片; (c)器件的EQE隨發光強度的變化曲線[59]

一般而言, 鈣鈦礦多晶薄膜的成膜質量直接影響著LED器件的發光性能, 因此, 通過有效途徑改善發光層中的缺陷、針孔結構和高粗糙度表面等不利因素, 是避免和抑制器件中形成電流泄漏和非輻射復合的關鍵所在, 也是器件性能優化的主要研究方向之一[68-76]。

2.3 發光層復合結構研究

無論是鈣鈦礦納米晶或多晶薄膜, 都可以與其它物質進行復合, 以求提高器件的性能。Gao等[77]采用聚合物輔助法制備CsPbBr3鈣鈦礦薄膜, 最終實現了LED器件性能優化的目的。少量的PEO能夠有效限制CsPbBr3組分的擴散, 致使晶粒的長大受阻, 從而有利于形成致密均勻的薄膜。通過消除鈣鈦礦薄膜中的針孔結構優化形貌, 從根本上遏制器件中電流泄漏的產生, 是優化器件性能的基本前提。此外, CsPbBr3-PEO薄膜的PLQY和電流分布的均勻性都得到了很大的改善。該工作中器件所實現的最大亮度和EQE分別為53525 cd·m?2和4.26%, 如圖6(a)所示。

Liu等[78]同樣采用聚合物輔助法制備鈣鈦礦復合結構的發光層薄膜, 通過優化晶粒尺寸以及鈍化表面形貌的缺陷, 實現LED器件的性能提升。研究表明在基于這種復合結構的LED器件中, CsPbBr3晶粒的尺寸控制和非輻射復合缺陷位點的鈍化是性能得以優化的兩個主要原因。通過對PEG(聚乙二醇)和CsPbBr3的質量比進行調控, 器件的性能發生了小范圍的波動, 如圖6(b)所示, 最佳的PEG和CsPbBr3質量比為0.034:1。此外, 該工作中還進一步優化了前驅體粉末CsBr和PbBr2的摩爾比, 最終實現了器件性能的大幅度提升, CE和EQE的最大值分別為19 cd×A–1和5.32%。

圖5 (a)CsPbBr3鈣鈦礦型LED的結構示意圖; (b)CE和EQE隨電壓變化的特征曲線[68]; (c)無處理和(d)氯苯處理后的CsPbBr3薄膜表面形貌及其LED表面發光照片[69]

圖6 (a)不同ETL和HTL材料構筑器件的EQE和CE與電壓的變化關系[77]; (b)不同PEG和CsPbBr3(CsBr和PbBr2摩爾比為1.4:1)質量比構筑的LED器件的EQE–V曲線[78]; (c)器件的結構示意圖和橫斷面的TEM照片; (d)有無Ag納米棒修飾的LED器件的EQE[79]

Sun等[79]首次利用表面等離子體共振原理進行CsPbBr3基LED器件的性能優化, 器件結構示意圖如圖6(c)所示。由于Ag-CsPbBr3復合納米結構中的等離子體近場效應, 增加了發光層的自發輻射率, 從而改善了器件的發光性能。與沒有Ag納米棒修飾的器件相比, 基于Ag-CsPbBr3復合結構的器件亮度和EQE分別提高了42%和43.3%, 如圖6(d)所示。由此可知, 金屬納米結構誘發的表面等離子體共振效應是優化LED器件性能的一條有效途徑, 為鈣鈦礦型LED的研究提供了新的思路。

目前, 采用聚合物輔助法制備CsPbX3復合結構的薄膜是優化LED器件性能的一種行之有效的措施[77-78,80-82]。引入一定量的聚合物能夠有效地抑制鈣鈦礦晶粒的長大, 鈍化表面形貌上缺陷位點, 最終形成均勻致密的發光層。這樣, 器件中的電流泄漏和非輻射復合得到了很好的控制, 有利于EL性能的大幅度改善。另外, 一些其它形式的銫鉛鹵化物復合結構薄膜也是優化器件性能的有效策略[79,83-84]。

2.4 界面修飾層研究

LED器件中各功能層之間的內在聯系對于性能的提升非常關鍵, 因此對于界面修飾層的研究顯得非常有必要。Rogach等[85]引入了一層 5 nm厚的PFI薄膜作為器件的界面修飾層, 以此來促使poly- TPD/PFI的功函數增加, 降低發光層與HTL之間的空穴注入勢壘; 同時抑制了電荷從發光層向HTL的自發注入, 降低了熒光淬滅的可能性。由此, 在很大程度上提升了器件中的空穴向發光層的注入效率, 保證了鈣鈦礦層優異的發光效率, 如圖7(a)~(b)所示。通過界面修飾層的優化, 器件的最大亮度為1377 cd×m?2, 與無PFI薄膜的器件相比, 得到了3倍的提升。

圖7 (a)LED器件各組分的能帶示意圖; (b)有無PFI界面修飾層器件的EQE和CE與電流密度的變化關系曲線[85]; (c)器件的結構示意圖; (d)不同組分構成的器件的CE和EQE隨電流密度的變化曲線[51]

You等[51]通過向CsPbBr3中加入一定量的甲基胺有機陽離子, 并在ETL ZnO上面沉積一層親水絕緣的PVP(聚乙烯比咯烷酮)聚合物, 制備了基于Cs0.87MA0.13PbBr3發光層的LED器件, 器件的結構如圖7(c)所示。最大的亮度和EQE分別為91000 cd·m–2和10.4%, 如圖7(d)所示。該工作表明界面修飾層PVP在器件中發揮了三個作用: 第一, 減少發光層表面形貌中的針孔結構, 有效降低器件中的電流泄漏; 第二, 抑制ETL與發光層界面的非輻射復合, 提高發光輻射效率; 第三, 提高電子與空穴載流子在發光層的注入平衡, 優化器件EL的效率。綜合PVP界面修飾層和有機陽離子共同發揮的有利作用, 才得以實現超明亮、高效率的無機鈣鈦礦型LED的構筑。

因此, 界面修飾層的引入能夠有效改善LED器件的性能, 在器件優化研究中不可或缺。在器件應用研究中, 界面修飾層不僅可以用于調控電荷傳輸層與發光層之間的能級匹配關系, 而且還可用于改善電子和空穴載流子在發光層界面處的注入平衡。

2.5 鈣鈦礦摻雜研究

半導體的摻雜問題一直以來都是研究的熱點, 在CsPbX3鈣鈦礦材料中也不例外。近期, Mn、Bi等元素摻雜鈣鈦礦的制備及其器件應用的研究也有相關報道[86-91]。2016年, Sun等[86]首次嘗試制備基于混合陽離子無機鈣鈦礦的LED器件。當Sn元素的摻雜量為30%時, 器件的發光性能得到了最大的優化。

Chen等[90]通過Mn元素摻雜, 成功實現了CsPbX3:Mn2+量子點LED器件的構筑, 如圖8(a)所示。通過優化Mn元素的摻雜量, 器件的性能有了進一步的提高, 所實現的最大EQE為1.49%, 如圖8(b)所示。2018年初, Yao等[91]通過一個簡單的熱注入法成功制備了Ce元素摻雜的CsPbBr3納米晶, 基于CsPbBr3:Ce3+量子點LED器件的發光效率得到了明顯的改善, EQE從1.6%提升到了4.4%, 如圖8(c)~ (d)所示。

上述研究表明, 通過某些元素的成功摻入能夠有效提升基于無機鈣鈦礦型LED的發光性能, 這不僅為LED效率的優化提供了新的策略, 而且還能夠在一定程度上減少有毒元素Pb的利用率。為了實現完全消除Pb元素對人體和環境的危害, 一些基于無機非鉛鈣鈦礦的研究相繼被報道[92-98]。但對于構筑高效鈣鈦礦型LED來說, 目前報道的無機非鉛鈣鈦礦的熒光性能還相對較差, 并未在平面異質結LED器件應用方面取得實質性進展。為此, 進一步優化無機非鉛鈣鈦礦的PL性能或是開發新型高效的無鉛材料成為實現環境可持續發展的關鍵所在。

圖8 (a)器件的結構示意圖; (b)器件的EQE隨亮度的變化[90]; (c)能帶示意圖; (d)EQE隨電壓的變化[91]

3 器件的穩定性研究

雖然CsPbX3無機鈣鈦礦相對于有機–無機雜化鈣鈦礦更穩定, 但是LED器件中所用的電荷傳輸層一般為聚合物材料, 直接導致了器件的工作時間不持久。而且有機物自身的絕緣性, 很大程度上遏制了器件電流密度的增加, 從而不利于器件發光效率的提升。因此, 采用制備工藝成熟、導電性良好的無機電荷傳輸層材料替代傳統的有機材料, 不僅能大大提高器件在大氣環境下工作的穩定性和持久性, 還有助于器件能夠承受更大的電流密度。這也是該類LED器件走向產業化應用的有效途徑。

2016年底, Shan等[99]創新性地采用Mg摻雜的無機氧化物材料作為HTL和ETL, 首次構筑了基于CsPbBr3量子點發光層的全無機結構LED器件, 如圖9(a)~(b)所示。該器件可在無封裝、大氣環境下連續工作10 h(直流電壓為10 V)之后, 仍保持了初始發光效率的80%; 其工作穩定性遠遠勝過基于傳統聚合物半導體材料制備的器件。該全無機多層異質結構的制備對于研發高效穩定的新型鈣鈦礦LED器件具有重要的指導意義, 可加速推動該研究領域走向產業化的進程。

隨后, Zeng團隊[100]也構筑了基于全無機多層異質結構的LED器件, 器件的結構為ITO/NiO/ CsPbBr3QDs/ZnO/Al。在65%濕度的工作條件下, 該器件EL效率衰減到初始效率的70%時持續的時間是1.75 h, 并且未封裝的器件能夠在水中工作大約20 s, 分別是有機材料構成器件的3.5倍和10倍, 顯示出明顯的穩定性優勢。Zhang等[101]采用兩步法制備了小晶粒尺寸的鈣鈦礦薄膜, 并進行全無機多層異質結構LED器件的構筑。器件結構為ITO/ZnO/ CsPbBr3/NiO/Au, 該器件在空氣環境中也表現出了良好的工作穩定性。

近期, Shan等[102]再次提出一種全溶液法進行全無機多層異質結構的構筑, 對低成本、穩定高效的LED器件的研制具有重要的指導意義。器件的 結構如圖9(c)所示, 該器件實現的最大亮度為 6093.2 cd·m–2, EQE和CE分別為3.79%和7.96 cd·A–1,如圖9(d)所示。更重要的是, 該器件在未封裝時, 即使在75%的高濕度環境中連續工作10 h, 393 K高 溫下冷熱循環三次, 也仍然可以保持較好的工作穩定性。

圖9 (a) LED器件的能帶示意圖; (b)發光效率與電壓、EQE與電壓的變化關系曲線[99]; (c)溶液法制備的LED的結構示意圖; (d) EQE、CE和發光效率隨電壓的變化曲線[102]

相對于傳統的聚合物材料來說, 無機氧化物半導體材料具有低成本、導電性能好、空氣中穩定等諸多優點, 是構筑全無機多層異質結構的重要組成部分。全無機結構器件不僅能夠保持良好的發光性能, 還具有很好的工作穩定性, 這對低成本、高穩定性CsPbX3基LED器件的設計與發展提供了新的思路與契機, 有助于加快推動該類LED實現產業化應用的進程。

4 總結與展望

由于銫鉛鹵化物鈣鈦礦優異的熒光性能和環境穩定性, 在多層異質結構LED器件領域取得了顯著的研究進展。在本文中, 詳細闡述了提升CsPbX3鈣鈦礦型LED發光性能與穩定性的諸多有效策略, 并進行系統的歸類與總結。但基于CsPbX3鈣鈦礦型LED的研究仍處于初期, 在未來發展道路上還需要進一步優化器件的效率和工作穩定性, 并解決一些面臨的新難題。以下對今后該類LED的研究趨勢進行幾點展望:

1) 鈣鈦礦摻雜及無鉛化: 嘗試將某些元素成功摻入CsPbX3晶體中, 試圖改善LED的發光效率, 實現發光材料的部分無鉛化; 另外, 對新型無機非鉛的鈣鈦礦進行合成與應用, 設法提高PL性能, 實現無機非鉛鈣鈦礦型LED的構筑, 解決Pb元素的毒性危害問題。

2) 低成本和工作穩定性: 開發新型高效的低成本無機電荷傳輸材料, 優化器件中的電荷載流子注入和傳輸能力, 進而提高器件的發光效率以及工作穩定性; 采用碳類材料替代金屬電極, 降低LED器件的制作成本, 為實現大規模產業化奠定材料與工藝基礎。

3) 界面修飾層優化性能: 選用適當的材料作為器件的界面修飾層, 通過優化鈣鈦礦發光層的形貌, 抑制界面之間的非輻射復合, 提高電子與空穴載流子注入平衡或調控功能層能帶結構等多種有利途徑, 進一步優化器件的EL效率。

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Application and Development of Cesium Lead Halide Perovskite Based Planar Heterojunction LEDs

ZHANG Lou-Wen1, SHEN Shao-Li2, LI Lu-Ying2, ZHANG Zhi1, LIU Ni-Shuang1, GAO Yi-Hua1,2

(1. School of Physics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. Center for Nanoscale Characterization & Devices, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

All-inorganic cesium lead halide CsPbX3(X = Cl, Br, I) perovskite materials emerged as a rising star in the area of optoelectronics since 2015, due to its excellent photoelectric properties and environmental stability. Substantial progresses were made in the application of many electronic and optoelectronic devices, which attracted wide attention from the scientific community. This paper mainly reviews the latest research progress of cesium lead halide perovskite based planar heterojunction LED, where the structure and working principle of LED devices are briefly introduced. In addition, the classification and summarization of some optimization strategies for improving luminescence performance and working stability of LED devices are emphatically suggested, and the development trend of stable and efficient inorganic perovskite based planar heterojunction LED is finally prospected.

cesium lead halide perovskite; planar heterojunction; LED; stability; doping; review

1000-324X(2019)01-0037-12

10.15541/jim20180176

O472

A

2018-04-24;

2018-07-13

國家自然科學基金(11674113) National Natural Science Foundations of China (11674113)

章樓文(1991–), 男, 博士研究生. E-mail: louwen_zhang@qq.com

高義華, 教授. E-mail: gaoyihua@hust.edu.cn