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钙钛矿量子点(QD)具有高的光致发光量子产率、窄的发光峰和可调的发光颜色等特点,在照明和显示技术方面显示出巨大的应用潜力。近年来,钙钛矿量子点发光二极管(QLED)的性能已经取得了重要进展,但是兼具高效稳定器件的实现仍然受到理想电子传输材料(ETM)的限制。因此,寻找合适的ETM对高效稳定钙钛矿QLED的构筑至关重要。 鉴于此,郑州大学宋继中教授等筛选出(2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine)(3P)作为ETM来优化钙钛矿QLED的性能。3P作为ETM具有如下特点:1. 合适的最低未占分子轨道(LUMO)(促进电子注入);2. 深的最高占据分子轨道(HOMO)(有利于阻挡空穴泄漏);3. 优异的电子迁移率(有利于电子输运);4. 与钙钛矿表面的钝化接触相互作用(减少界面非辐射复合);5. 优良的热稳定性(有利于稳定激子复合发光)。
通过静电势(ESP)分析,具有高电子密度的N原子位于3P分子的外围,无论是X平面还是Y平面,具有强电负性的N原子都可以与钙钛矿接触,为与钙钛矿中未配位阳离子产生相互作用提供了有利条件。密度函数理论(DFT)计算进一步证实,3P中的N原子可以与钙钛矿中的Pb发生键合作用,进而减少器件界面非辐射复合。 通过对其电学分析,发现3P具有合适的最低未占分子轨道(LUMO),有利于电子注入;3P的电子迁移率(1.6×10-4 cm2 V−1 s−1)更接近器件中采用PTAA的空穴迁移率(10−3 cm2 V−1 s−1),这将有利于电子的传输;3P具有更深的最高分子占据轨道(HOMO)(价带最大值(EVBM)= -6.7 eV),可以有效阻挡空穴泄漏;这些特点能够改善载流子输运平衡,实现高效的激子复合。此外,3P优异的热稳定性(Td = 548.4 °C,Tg = 151 °C)能够显著改善量子点薄膜的热稳定性、光照稳定性以及激子复合稳定性。 得益于3P作为ETM的诸多优点,绿光钙钛矿QLED展现出30.2%的最大外部量子效率(EQE),初始亮度为100 cd m−2时工作寿命高达3220小时。上述结果表明,3P作为匹配的ETM可以实现高效稳定的激子复合行为,从而构建出高性能的钙钛矿QLEDs。该研究也从筛选合适的ETM的角度,为制备高效稳定的钙钛矿QLED提供了新的参考。 论文信息 Matched Electron-Transport Materials Enabling Efficient and Stable Perovskite Quantum-Dot-Based Light-Emitting Diodes Jindi Wang, Mingyang Li, Bo Cai, Hongdan Ren, Wenxuan Fan, Leimeng Xu, Jisong Yao, Shalong Wang, Jizhong Song 文章的第一作者是郑州大学的博士研究生王金迪。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410689
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