钙钛矿纳米晶体是发光二极管(LED)的特殊候选材料。然而,它们在固体薄膜中不稳定,这破坏了它们作为LED的潜力。
在这里,美国洛斯阿拉莫斯实验室等单位的研究人员证明了 稳定在金属-有机框架(MOF)薄膜中的钙钛矿纳米晶体可以制造出明亮和稳定的LED 。MOF薄膜中的钙钛矿纳米晶可以在连续的紫外光照射、热应力和电应力下保持光致发光和电致发光。光学和X射线光谱显示,强发射源于局域载流子复合。由钙钛矿型MOF纳米晶体制成的发光二极管的最大外量子效率超过15%,超过105 cdm 2的高亮度。在LED工作过程中,通过MOF基质的保护,纳米晶体可以得到很好的保护,没有离子迁移或晶体合并,可以有50小时以上的稳定性能。相关论文以题目为“Bright and stable light-emitting diodes made with perovskite nanocrystals stabilized in metal–organic frameworks”于2021年发表在Nature Photonics期刊上。
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金属卤化物钙钛矿纳米晶体是新兴的光发射器,具有可调谐的光学带隙、改进的颜色纯度和高光致发光量子产率(PLQY)。这些特性归因于纳米结构中的限制效应、电子-空穴对结合能和电荷局部化。可使用溶液法制备薄膜,这使得钙钛矿纳米晶体成为发光二极管(LED)、激光器和辐射闪烁体中应用的诱人候选材料。令人印象深刻的是,基于钙钛矿纳米晶的LED已经达到了创纪录的超过20%的外部量子效率(EQE)值。尽管有这些优点,稳定钙钛矿纳米晶体仍然是一个挑战。研究表明,在环境条件下,CsPbBr 3纳米晶可以合并到体相,使发射特性猝灭十倍。也有人提出,在潮湿环境中,纳米晶体可以在恒定的紫外线(UV)照射下降解回其前驱体,这是用于显示器时的一个关键问题。
为了解决这些问题,人们进行了大量的努力来设计更坚固的配体,加入添加剂,并引入交联剂来保护纳米晶体免受周围环境的影响。为了解决这些瓶颈问题,最近一些有趣的概念巧妙地使用了金属-有机框架(MOF)作为基质,其中含有钙钛矿纳米晶体。此类系统表现出显著改善的材料稳定性,PLQY值超过50%。MOF的多孔性和钙钛矿型纳米晶体的光电特性相结合,使得该材料在光电化学和催化方面具有很高的应用前景。然而,这些研究大多集中在使用粉末,钙钛矿型MOF(PeMOF)结构从未被用作LED应用中的发射层。这主要是因为在沉积高质量二极管所需的均匀薄膜方面存在挑战。此外,为了实现有效的电荷注入,必须考虑通过加入大量绝缘组件在导电性方面进行权衡。(文:爱新觉罗星)
图1 | PEM薄膜的形成和表征。
图2 | PEMA薄膜的TEM图像分析。
图3 | LeD器件性能特征的分析。