近日，我院陈大钦教授课题组在钙钛矿发光二极管（PeLEDs）研究方向取得新进展。研究团队针对钙钛矿器件高壁插效率与长工作寿命难以兼顾的瓶颈，提出弱限域钙钛矿纳米晶薄膜原位构筑策略，通过调控晶粒尺寸结合小分子盐钝化，协同优化薄膜结晶质量、缺陷态与离子迁移行为，获得兼具低开启电压、高壁插效率、高色纯度与超长运行寿命的绿光PeLEDs。相关研究成果以“Weakly Confined Perovskite Nanocrystal Films for Energy Efficient Electroluminescence Devices”为题，发表于《Nano Letters》。
PeLEDs凭借色纯度优异、低成本溶液可加工等优势，是下一代高清显示、智能可穿戴设备、健康监测系统极具潜力的候选技术。当前PeLEDs外量子效率已经可以媲美商用OLEDs与量子点LEDs，但高壁插效率（WPE）和长期工作稳定性之间难以平衡仍是制约其实际落地的关键难题。空间位阻大的长链有机阳离子用于调控纳米晶生长时，过量引入易诱发杂相生成、残留有机组分易分解劣化器件；强限域量子点体系则面临严重离子迁移、热不稳定性与俄歇复合等问题。如何在保障发光效率前提下，同步提升器件热稳定性、结构稳定性与运行寿命，是该领域亟待攻克的科学问题。
针对上述问题，研究团队开展弱限域钙钛矿纳米晶薄膜工程研究：首先降低前驱液中长链PEABr有机阳离子的比例，增大纳米晶晶粒尺寸，使体系进入弱量子限域区间；进一步引入小分子盐三氟乙酸锂（LiTFA）调控薄膜结晶过程，实现多重界面钝化，降低表面缺陷态密度，削弱电子 声子耦合强度。LiTFA中的羧基与不饱和Pb2+配位抑制卤空位产生，氟与有机阳离子形成氢键稳定有机组分，Li⁺束缚可移动卤离子、阻断离子迁移通道，同时优化晶粒尺寸，降低晶界密度。
得益于上述协同调控，优化后的弱限域纳米晶薄膜（L PNCs）保持高发光量子产率与极窄发光线宽，热稳定性与环境结构稳定性得到显著提升。基于该薄膜制备得到的PeLEDs 器件开启电压低至1.8 V，峰值WPE高达28.7%，电致发光半峰宽仅17.6 nm，实现高色纯度发光，器件最大亮度可达75060 cdm-2。尤为突出的是，经外推，器件在100 cd m-2初始亮度条件下T50工作寿命突破10000小时，对比小尺寸纳米晶对照器件寿命提升近3倍。该工作证实弱限域钙钛矿纳米晶工程可协同兼顾效率、稳定性、亮度与色纯度，为低功耗高性能PeLEDs提供了可行技术路线。
福建师范大学为论文第一完成单位，我院王志斌副教授、研究生吴熙明为论文共同第一作者，我院陈大钦教授为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03763
