a) Enhetsstruktur och en motsvarande TEM-bild i tvärsnitt av flerlagers PeLEDs; b) Schematiskt flatbandsenergidiagram för PeLED; c) Normaliserat fotoluminescensspektrum för CsPbBr3-filmen, och elektroluminescensspektrum för PeLED vid en applicerad spänning på 5,5 V Kredit:City University of Hong Kong
Metallhalogenidperovskiter betraktas som nästa generations material för ljusemitterande enheter (LED). Ny forskning som leds av en forskare från City University of Hong Kong (CityU) har resulterat i en ny och effektiv tillverkningsmetod för att producera helt oorganiska perovskitfilmer med bättre optiska egenskaper och stabilitet, möjliggör utveckling av perovskite-lysdioder med hög färgrenhet och låg kostnad med lång livslängd.
Perovskite LED (PeLED) är en framväxande ljusemitterande teknologi med fördelar av låg tillverkningskostnad, hög ljuskvalitet och energieffektivitet. Metallhalogenid (betyder föreningar av metaller med klor, brom eller jod) perovskiter har nyligen väckt stor uppmärksamhet som lovande material för lösningsbearbetade lysdioder, på grund av deras utmärkta optiska egenskaper, såsom mättade emissionsfärger och enkel färgjustering.
Särskilt, perovskiter baserade på oorganiska cesiumkatjoner, nämligen CsPbX 3 (där X kan vara klor, brom och jod), uppvisar bättre termisk och kemisk stabilitet jämfört med de organisk-oorganiska "hybrid" metallhalogenidperovskiterna, och kan därmed utgöra basen för högpresterande lysdioder med rimlig driftsstabilitet. Men de tidigare oorganiska PeLED:erna uppvisade relativt dålig elektroluminescensprestanda på grund av deras stora perovskitkornstorlekar.
Nu har ett team av forskare vid CityU och Shanghai University i Kina utvecklat en effektiv tillverkningsmetod för att göra släta oorganiska perovskitfilmer med avsevärt förbättrad prestanda och stabilitet. Deras resultat visas i det senaste numret (2019, 10, 665) i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation , med titeln "Trifluoroacetat-inducerad småkornig CsPbBr 3 perovskitfilmer resulterar i effektiva och stabila ljusavgivande enheter."
Teamet har funnit att användning av cesiumtrifluoroacetat (TFA) som cesiumkälla i enstegslösningsbeläggningen, istället för den vanligen använda cesiumbromiden (CsBr), möjliggör snabb kristallisering av småkornig CsPbBr 3 perovskitkristaller, bildar de släta och hålfria perovskitfilmerna. Detta beror på att interaktionen mellan TFA-anjoner och Pb 2 + katjoner i CsPbX 3 prekursorlösning förbättrar avsevärt kristallisationshastigheten för perovskitfilmer och undertrycker ytdefekter.
Som ett resultat, teamet har lyckats göra effektiva och stabila gröna PeLEDs baserat på dessa filmer, med en maximal strömeffektivitet på 32,0 cd A-1 motsvarande en extern kvantverkningsgrad på 10,5 % - en nivå som generellt anses vara tillfredsställande i befintliga PeLEDs.
Mer viktigt, de helt oorganiska perovskit-lysdioderna baserade på dessa filmer visade en rekordstor livslängd. De har en halveringstid på över 250 timmar vid en initial luminans på 100 cd m-2, vilket är en 17-faldig förbättring av operativ livslängd jämfört med CsBr-härledd PeLED.
"Vår studie tyder på att filmerna med hög färgrenhet och låg kostnad helt oorganiska blyhalogenidperovskit kan utvecklas till mycket effektiva och stabila lysdioder via en enkel optimering av korngränserna, " säger Andrey Rogach, Ordförande professor i fotonikmaterial vid CityU, som är en av tidningens korrespondensförfattare.
"Jag förutser betydande användningspotential för sådana filmer, eftersom de är lätta att tillverka och enkelt kan deponeras genom utskrift för att realisera olika optoelektroniska enheter, " han lägger till.
En annan korrespondensförfattare till tidningen är professor Yang Xuyong från Shanghai University. De första författarna är Wang Haoran vid Shanghai University och Zhang Xiaoyu, en tidigare gästforskarstudent vid CityU, arbetar nu som postdoc vid Jilin University.
