ペロブスカイトエレクトロルミネッセンスデバイス(PeLED)の分野では、青色エレクトロルミネッセンスデバイスの性能は、製造方法がないため、他の同様のデバイスよりも遅れています。ここでは、北京工業大学、大連化学物理研究所、中国科学院、上海応用物理学研究所の研究者が、2-フェニルエチルアミンブロミド(PEABr)と3,3-ジフェニルプロピルアミンブロミド(DPPABr)を使用した。)の混合配位子を、その場でCsPbClBr2ナノ結晶膜を作製した。2つの配位子を一緒に混合すると、狭い量子井戸幅分布の形成により、470nmで強い青色発光が得られ、フォトルミネッセンス量子収率は60%にも達した。これに基づいて、473nmで最大外部量子効率8.8%の高効率ブルーペロブスカイト装置が得られた。
この関連論文は、Nature Communication誌に「効率的な青色発光ダイオードに向けたin situで作製されたCsPbClBr2ナノ結晶膜の寸法制御」というタイトルで掲載されました。
ペロブスカイト発光ダイオード(PeLED)は、その高い色純度、高い外部量子効率(EQE)、および溶液の加工性のために、新興ディスプレイ技術として浮上しています。金属ハロゲン化物ペロブスカイトのイオン特性を利用して、PELEDは、ターゲット基板上にスピンコーティングペロブスカイト前駆体溶液のin-situ製造技術によって直接製造することができる。室温動作のペロブスカイトエレクトロルミネッセンス(EL)デバイスが2014年に初めて報告されて以来、緑、赤、近赤外PeLEDは、有機発光ダイオードや量子ドット発光ダイオードに匹敵する20%以上の最大EQEを達成しています。しかし、青色のPeLEDの性能は、特にフルカラーディスプレイ技術の開発の障害となっている純粋な青色領域(455〜475nm)のディスプレイアプリケーションにおいて、緑色、赤色、および近赤外発光ダイオードにはまだ遅れをとっています。
一般に、ペロブスカイト型エミッタのスペクトル変調は、組成、サイズ、および/またはサイズを同調することによって達成することができる。バルクペロブスカイトのサイズを縮小するか、混合ハロゲン化物を導入することによって、青色発光を有する三次元ペロブスカイトナノ結晶が首尾よく調製された。しかしながら、このような小型ペロブスカイトナノ結晶に基づく青色エレクトロルミネッセンスデバイスの効率および安定性の問題は、主に複雑な精製および相分離によるものである。
高効率の青色PeLEDを達成するためのもう1つの戦略は、複数の量子井戸を有する準2次元(準2D)ペロブスカイト構造を構築することである。これらの準2Dペロブスカイトのフォトルミネッセンス(PL)特性は、小さなnドメインから大きなnドメインへのエネルギー移動と密接に関連している。平坦な準2Dペロブスカイト量子井戸幅分布(QWD)は、キャリア輸送を容易にし、追加のエネルギー損失を低減するために不可欠であり、高性能な太陽光発電デバイスを実現するために不可欠であることを見出した。しかし、ELデバイスに対するQWDの影響はあまり研究されていない。
QWDは、前駆体混合物の比率を調整することによって、または配位子工学によって制御することができることが知られている。ここで、二重配位子の使用が、その場で調製されたCsPbClBr2ナノ結晶膜のQWDを制御するための有効な戦略であることが実証される。2-フェニルエチルアミンブロミド(PEABr)は小さなnドメインを形成するための効率的な配位子であり、3,3-ジフェニルプロピルアミンブロミド(DPPABr)は大きなn値を形成するための効率的な配位子である。2つの配位子の比を慎重に選択すると、n = 4の中心支配でQWDを狭めることができます。
この効率的なサイズ制御により、効率的なエネルギー移動が容易になり、470nmの波長で強力な青色発光が得られ、PL量子収率(PLQY)は60%と高い。小さなnドメインと大きなnドメインを形成する傾向がある二重配位子を利用することは、PL特性を強化するために狭いQWDを達成するための汎用性の高い戦略です。PEABrとDPPABrを混合して作製した最適化薄膜をもとに、波長473nmにおいて最大EQE8.8%の高効率青色エレクトロルミネッセンス素子が得られた。(テキスト:アイシン・ジョロ・スター)
図1 CsPbClBr2ナノ結晶薄膜の構造特性CsPbClBr2ナノ結晶薄膜のin-situ調製工程の模式図。DPPABrとPEABrの比率の異なるCsPbClBr2ナノ結晶膜のGIWAXSパターンの積分強度qとの関係を検討した。
図2 CsPbClBr2ナノ結晶薄膜の光学測定DPPABrとPEABrの比率の異なるCsPbClBr2ナノ結晶膜の定常フォトルミネッセンススペクトル、吸収スペクトルおよびb-PLQYが研究された。
図3 QWDのキャリアダイナミクスに及ぼす影響a, b D0P8、D4P4およびD8P0サンプルの広範な漂白ピーク(425〜470nm)から抽出されたピークFWHM進化。c励起後のキャリア挙動の概略説明図。担体組換えプロセスは、5つの段階に分けることができる:I、担体形成;II、励起子移動;III、電荷移動;IV、逆電荷移動;V、連続的な電荷移動と再結合。
図4 青色のペロブスカイトデバイスの機能エレクトロルミネッセンス素子のエネルギーレベル図。多層エレクトロルミネッセンス素子の断面TEM像。c 3.6、4.4、5.2Vの順バイアスでのELスペクトル。d最も性能の高いデバイスの電流密度 - 輝度 - 電圧特性。EQE – 最適な性能機器の電圧特性。f 28 個のデバイスの最大 EQE ヒストグラム。
