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本研究使用設備
光焱科技
· LQ-50X-高速/高靈敏電致發(fā)光效率測試系統(tǒng)
研究背景
近年來,，鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電性能在太陽能電池、發(fā)光二極管、光電探測器等領域備受矚目,。PeLED 作為新型顯示技術，憑借其色純度高,、發(fā)射波長可調,、制備成本低等優(yōu)勢，被認為是下一代顯示技術的理想選擇,。要實現(xiàn)全彩顯示,，需要紅、綠,、藍三基色 PeLED 的協(xié)同發(fā)展,。其中，純紅光 (630-640 nm) 發(fā)射對于滿足 Rec. 2020 超高清電視標準至關重要,。
目前,，實現(xiàn)純紅光 PeLED 的主要策略包括混合鹵素鈣鈦礦和低維純碘基鈣鈦礦。然而,，混合鹵素鈣鈦礦存在光譜不穩(wěn)定問題,，而低維鈣鈦礦的器件性能仍落后于預期。制約 PeLED 性能提升的一大瓶頸是鈣鈦礦材料中普遍存在的鹵素空位缺陷,。這些缺陷會導致非輻射復合,，嚴重影響器件的效率和穩(wěn)定性。
研究方法
1. 超小分子鈍化劑：尺寸效應助力強鈍化
為了解決鹵素空位缺陷問題,，研究人員開發(fā)了各種鈍化策略,。傳統(tǒng)的鈍化劑通常是大尺寸分子，但由于空間位阻較大,，難以有效接近缺陷位點,，鈍化效果有限。游經碧和張興旺團隊另辟蹊徑,，提出了利用超小尺寸分子進行鈍化的策略,。
該研究利用 DFT 計算預測，超小尺寸的甲酸根 (Fa) 和乙酸根 (Ac) 離子與鈣鈦礦的結合更強,，因此具有更有效的鈍化能力,。計算結果顯示，Fa 和 Ac 與鉛原子在碘空位處的結合能分別為 -0.495 eV 和 -0.345 eV,，明顯高于其他大尺寸鈍化劑,，例如苯甲酸 (-0.292 eV) 和棕櫚油酰二乙醇酰胺 (-0.075 eV)。結合能越高,，代表鈍化劑與缺陷位點的結合越強,，鈍化效果越好,。
此外，Bader 電荷分析表明,，Fa 和 Ac 分別向鈣鈦礦表面轉移了 0.526 和 0.295 個電子,，這種電荷轉移促進了鈍化劑在缺陷位點的吸附，進一步增強了鈍化效果,。FTIR 測量結果也證實,，Ac- 和 Fa- 中的 C=O 基團可以與 Pb2+ 位點形成強相互作用。
2. 埋底界面和體相鈍化：雙重策略抑制非輻射復合
研究人員將 CsFa 和 CsAc 引入到 PeLED 的埋底界面,，發(fā)現(xiàn)這些超小尺寸分子可以擴散到鈣鈦礦層中,，從而實現(xiàn)埋底界面和體相的雙重鈍化。
原子力顯微鏡 (AFM) 圖像顯示,，添加 CsFa 和 CsAc 后,，空穴傳輸層的表面粗糙度顯著降低，變得更加平整致密,，有利于鈣鈦礦薄膜的生長,。SEM 圖像也顯示，CsFa 和 CsAc 的添加可以促進鈣鈦礦薄膜形成更大,、更均勻的晶粒,，從而減少晶界處的缺陷密度。
X 射線光電子能譜 (XPS) 測量表明,，CsFa 處理后的鈣鈦礦薄膜中 Pb-I 鍵更短更強,，晶格結構更加穩(wěn)定。這表明 CsFa 不僅鈍化了缺陷,，還改善了鈣鈦礦薄膜的結晶質量,。
研究結果與討論_性能提升：效率和穩(wěn)定性雙雙突破
基于 CsFa 鈍化的 PeLED 在 639 nm 處實現(xiàn)了 24.2% 的峰值 EQE，最大亮度達到 800 cd/m2,，CIE 色坐標為 (0.701, 0.299),，非常接近 Rec. 2020 標準的理想紅色色坐標 (0.708, 0.292)。相比之下,，未經鈍化的器件峰值 EQE 僅為 17.0%,，最大亮度為 750 cd/m2。這些關鍵性能參數(shù)的測量均借助光焱科技 LQ-50X PeLED 量子效率測試系統(tǒng)完成,，該系統(tǒng)能夠提供精確的電流-電壓-亮度 (J-V-L) 特性,、光譜、色度和量子效率等數(shù)據(jù),，為器件性能評估提供了可靠依據(jù)。
瞬態(tài)光致發(fā)光 (TRPL) 和 PLQY 測試結果表明,，CsFa 鈍化有效地抑制了非輻射復合,，延長了載流子壽命,，從而提高了器件效率。熱導納譜 (TAS) 測量進一步證實,，CsFa 處理后的鈣鈦礦薄膜具有低缺陷態(tài)密度,。
CsFa 鈍化還顯著提高了器件的穩(wěn)定性。在 100 cd/m2 的初始亮度下,，CsFa 處理后的 PeLED 的工作壽命 (T50) 是未處理器件的 6 倍多,。這得益于 CsFa 鈍化降低了缺陷密度，抑制了缺陷相關的降解,，并改善了空穴傳輸層與鈣鈦礦層之間的界面接觸,，減少了熱效應。光焱科技 LQ-50X PeLED 量子效率測試系統(tǒng)具備的長時間穩(wěn)定性測試功能為評估器件壽命提供了便利,，其內置的恒流/恒壓驅動模式和光強控制功能可以模擬各種實際工作條件,，為深入了解器件的長期穩(wěn)定性提供了有力工具。
結論與展望
這項研究表明,，超小尺寸分子鈍化劑能夠有效鈍化鈣鈦礦中的鹵素空位缺陷,，提高 PeLED 的效率和穩(wěn)定性。CsFa 鈍化策略為制備高性能 PeLED 提供了新思路,，并為鈣鈦礦光電器件的進一步發(fā)展奠定了基礎,。
未來，可以通過進一步優(yōu)化器件結構,、開發(fā)新型鈍化劑等手段,，進一步提升 PeLED 的性能，推動其在顯示領域的應用,。光焱科技 LQ-50X PeLED 量子效率測試系統(tǒng)憑借其高精度,、寬動態(tài)范圍和多功能性，將繼續(xù)在 PeLED 研究中發(fā)揮重要作用,，助力科研人員深入理解器件物理機制,，開發(fā)更高效、更穩(wěn)定的 PeLED 器件,。
本文參數(shù)圖:
原文出處: SCIENCE ADVANCES 3 May 2024 Vol 10, Issue 18 DOI: 10.1126/sciadv.adn5683
推薦設備_ LQ-50X_ 高速/高靈敏電致發(fā)光效率測試系統(tǒng)
具有以下特色優(yōu)勢：
l 采用單光子偵測技術,，克服傳統(tǒng)光譜儀在低亮度需要長曝光時間 (1~3秒) 的特征，加快測試速度,，以確保測試的準確性與高效率,。
l 采用 NIR 增強光學設計與組件，使其涵蓋波長可達到 1100 nm,，更可擴展到 1700 nm,。
l 設計簡便，并且可與手套箱直接整合,，同時對于各種樣品形式都可以做很好的適配,。
LQ-50X 可快速測試每個電壓下的發(fā)光光譜,，并可取得輻照度、輝度,、CIE坐標等多項參數(shù)值,，實測無機 LED 測試量測不重復性小于 0.2 %。
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