近日，实验室先进光电材料与器件物理团队在混合卤素纯红光钙钛矿LED研究方面取得积极进展，相关成果以“A Multifunctional ‘Halide-Equivalent’ Anion Enabling Efficient CsPb(Br/I)3Nanocrystals Pure-Red Light-Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 23%”为题发表于国际权威学术期刊《Advanced Materials》上。该论文第一作者为青年教师张继斌博士，通讯作者为史志锋教授、暨南大学侯林涛教授和北京师范大学袁方龙教授，郑州大学为第一单位。

全无机钙钛矿纳米晶因其优异的光电性能在LED等领域具有很好的应用前景。其中，混合卤素红光CsPb(Br/I)3纳米晶是实现钙钛矿LED白光照明和全彩显示的必备材料之一。由于传统长链配体与钙钛矿纳米晶表面结合力较弱，混合卤素红光CsPb(Br/I)3钙钛矿纳米晶表面存在大量缺陷（以卤素空位缺陷为主），这些表面缺陷会对纳米晶发光层造成如下不良影响：（a）非辐射复合严重，纳米晶的荧光量子产额低；（b）卤素离子迁移易于发生，造成材料相分离，器件发光峰随着偏压与工作时间会发生移动；（c）“自掺杂效应”严重，材料呈n型导电性，难以实现载流子注入平衡。

鉴于此，史志锋教授联合暨南大学、北京师范大学研究人员共同提出了采用苯磺酸根作为“等效卤素”阴离子“一箭三雕”同时解决上述三个问题的策略。通过实验和理论计算分析可知，苯磺酸根可填充CsPb(Br/I)3钙钛矿纳米晶表面的卤素空位，钝化其表面缺陷，将荧光量子产额由63.5%提升至93%，载流子辐射复合速率由1.26×107s−1提升至2.11×107s−1，非辐射复合速率由1.89×107s−1降低至2.34×106s−1；同时，苯磺酸根引入还可提升CsPb(Br/I)3纳米晶表面空位缺陷的扩散势垒，从而有效抑制卤素离子在晶格中的迁移行为，对改善混合卤素钙钛矿的相稳定性是有利的。此外，由于磺酸根具有较强的吸电子能力，在与CsPb(Br/I)3纳米晶表面形成配位后，会使少量电子由钙钛矿转移至苯磺酸根，降低钙钛矿纳米晶的“自掺杂效应”，从而易于实现电子和空穴载流子的注入平衡。最终，研究人员采用苯磺酸根修饰的CsPb(Br/I)3纳米晶制备出了纯红光的钙钛矿LED，器件的外量子效率高达23.5%，是迄今基于混合卤素纳米晶纯红光LED的最高效率值。而且，器件在直流驱动下保持着良好的光谱稳定性，在长时间连续工作过程中并未出现相分离诱导的光谱移动现象。上述研究成果为高效稳定混合卤素纯红光LED的设计与制备提供了新的思路。

该工作得到国家自然科学基金、国家高层次青年人才特殊支持计划、河南省杰出青年科学基金和河南省高校科技创新团队计划的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209002