钙钛矿发光二极管在显示照明等领域展现出巨大应用潜力，但蓝光器件的效率和光谱稳定性问题仍然是主要挑战。准二维钙钛矿存在低维相形成不受控的普遍现象，导致钙钛矿能级分布不均，导致严重的载流子非辐射复合，影响发光效率；此外，混合卤素钙钛矿中氯离子的引入容易引起缺陷及离子迁移，导致钙钛矿发生相偏析，使薄膜能量分布杂乱，不利于器件效率与光谱稳定性。

鉴于此，西北工业大学材料学院纳米能源材料研究中心佟宇教授、王洪强教授于AM刊发提升准二维混合卤素钙钛矿发光二极管效率和光谱稳定性的研究成果。将多功能添加分子四氟丁二酸甲脒引入到钙钛矿前驱体溶液中，可以有效提升钙钛矿薄膜的发光均匀性与发光强度，同时钙钛矿薄膜的荧光寿命增加，表明钙钛矿中的缺陷得到钝化，非辐射复合减少。DFT计算结果表明钙钛矿中氯离子的迁移得到明显抑制，有助于提升光谱和运行稳定性。此外，钙钛矿薄膜中的低维相在添加四氟丁二酸甲脒后明显减少，促进了能量快速转移以及载流子的辐射复合。在此基础上，在钙钛矿与空穴传输层界面采用双亲性分子修饰，不仅进一步减少了钙钛矿的界面接触能量损失，同时抑制了界面低维相的形成，从而全面提升钙钛矿的能量分布的均一性。基于这种策略，获得了具有光谱稳定蓝光发射(478nm)和峰值EQE为21.9%的钙钛矿发光二极管，代表了同类型器件的最佳性能。该工作为获得高性能蓝光钙钛矿发光二极管提供了一种有效策略。

图1. FATFSA掺入对PeLEDs性能的影响。

图2 .引入FATFSA增强性能的起源。

研究亮点：一、高效能量传递：通过引入四氟琥珀酸甲脒（FATFSA）新型添加剂，有效阻止了低维相变，促进了能量传递过程，加速了辐射复合。二、显著减少非辐射能量损失：该策略减少了卤化物空位，尤其是与深能级相关的氯缺陷，从而降低了非辐射能量损失，提高了辐射复合的效率。三、光谱稳定性：受益于钙钛矿发光层中均匀的能量分布，实现了光谱稳定的蓝色发射（478 nm）。

图3. 通过FATFSA和MPC的低维相调节。

研究团队针对蓝色PeLEDs面临的挑战，如低维相分布不均和深能级缺陷导致的效率低下和光谱不稳定，提出了创新的解决方案。通过在准二维混合卤化物钙钛矿中引入FATFSA，并结合界面工程，优化了钙钛矿薄膜的光电性质。实验结果显示，这种优化策略不仅提高了器件的效率，还显著提升了光谱稳定性。

图4. 通过FATFSA和MPC双重修饰使能量分布均匀化的示意图。A）用于控制（左）、FATFSA修饰（中）和FATFSA/MPC双重修饰（右）钙钛矿的低维相位和缺陷改性。（灰色铅卤化物八面体代表含卤化物空位的相，而蓝色Pb卤化物八面体表示无缺陷或良好钝化的相）。B）具有无序能级（左）和均匀分布能量（右）的钙钛矿中的能量转移和载流子复合过程。

该研究有望促进蓝光钙钛矿LED（PeLED）的应用，特别是在显示和照明领域。通过提高蓝光PeLEDs的效率和稳定性，有助于推动钙钛矿材料在更广泛领域的应用。

图5. 基于FATFSA添加剂和MPC界面优化的PeLED性能。

总之，作者报道了一种全面降低准二维混合卤化物蓝色钙钛矿中低维相和更深能级缺陷引起的能量无序的策略，这加速了能量传递过程并抑制了非辐射能量损失，从而大大提高了蓝色PeLED的效率和光谱稳定性。研究结果表明，在准二维混合卤化物钙钛矿膜中加入FATFSA添加剂并结合底部界面优化，可以有效地缓解由低维相的失控形成卤化物空位引起的能量紊乱，从而促进辐射复合，并阻止不必要的非辐射损失和离子迁移。受益于整个钙钛矿中均匀的能量分布，制备了在478 nm处具有光谱稳定的蓝光发射，最大EQE为21.9%的高性能PeLED，这是这类器件在纯蓝色区域（<480 nm）的记录值。这项工作强调了综合调节低维相和卤化物缺陷以实现均质化钙钛矿能量分布，从而实现高性能蓝色PeLEDs的关键作用。

来源：西北工业大学

DOI: 10.1002/adma.202409319