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东北林业大学与西南交通大学研究人员在用于增强型钙钛矿LED的生物相容性空穴传输层的界面的弱化能量转移上取得进展
点击次数:11445   更新时间:2025-02-24   【打印此页】   【关闭

 来源:光电未来

卤化物钙钛矿发光二极管(PeLEDs)因其光致发光量子产率(PLQY)高、色纯度高、发射波长可调、成本低等优点而受到众多研究者的关注。控制组成、表面配体修饰、和聚合物钝化等策略使研究人员在不到十年的时间里取得了巨大的进步。到目前为止,红、绿、蓝三种pled的外量子效率(EQE)都超过了20%。空穴输运层(HTL)作为PeLEDs中的重要组成部分,不仅减少了电极与钙钛矿发射层之间的空穴注入屏障,从而提高了空穴注入效率,而且还阻断了电子回流。当然,要实现这些功能,HTL需要具有与钙钛矿价带最大值(VBM)匹配的最高已占据分子轨道(HOMO),以及高空穴迁移率很明显,选择合适的材料作为HTL对于PeLEDs的性能至关重要。

  目前主要的PeLEDs或多或少都存在一定的缺陷,如高空穴注入壁垒、复杂的制备工艺和低载流子迁移率等,这些缺陷将在很大程度上影响PeLEDs的进一步商业化。此外,一个理想的HTL还应该具有低成本和低毒性的优点。卟啉作为一种具有生物相容性的小分子,不仅具有良好的热稳定性、高的空穴迁移率和适宜的能级,而且具有制备成本低、毒性低的优点,非常符合当前材料发展的理念,因此在HTL应用中具有很大的潜力。叶绿素(Chl)作为卟啉的衍生物,往往具有相对较小的结构,因此它们的中心四吡咯大环本质上决定了整个分子的平面度这允许其分子之间更好的π-π堆叠,从而改善电荷传输特性。此外,叶绿素及其衍生物具有天然环保、储量丰富、成本低等优点。因此,许多研究者将其应用于不同的光电器件中。以往的研究表明,由于Chl具有很强的能量传递和界面结合能力,Chl与钙钛矿之间会发生FRET相互作用,导致钙钛矿猝灭,降低钙钛矿寿命因此,有必要采取适当的策略来合理调节这种相互作用,以制备高效的PeLEDs。

  众所周知,界面上的静电相互作用会影响其跃迁偶极矩(tdm)的取向锚定,从而直接影响界面间的FRET效率。

  东北林业大学李源作&西南交通大学杨维清等人首先从理论上设计了“单点构型”的NaCu-Chl作为HTL,以减弱HTL与钙钛矿之间Förster共振能量转移(FRET)效率,减少界面处的能量损失。通过调节tdm在HTL分子与钙钛矿界面处的取向锚定来减弱FRET效率,从而提高钙钛矿发射层的淬灭程度,最终达到提高器件效率的目的。实验结果表明,NaCu-Chl/钙钛矿界面的吸收和发射光谱重叠较小,PL强度较强,界面激子猝灭较弱,证实了NaCu-Chl界面的FRET猝灭减弱。结果表明,NaCu-Chl基PeLED的EQE为7.53%,亮度(65 024 nit)为5.75倍,T50为4.27倍。更重要的是,NaCu-Chl的价格远低于Chl和其他商业化的HTL材料。本研究证明了Chl及其衍生物NaCu-Chl作为PeLEDs的HTLs的潜力,这为抑制界面FRET相互作用提供了一种可能的方法,为进一步设计和研究低成本、高亮度和生物相容性的PeLED提供了一种新的方案。

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