南京理工大學宋繼中&曾海波AM：大幅提升鈣鈦礦量子點QLED效率的室溫表面工程
【引言】
基于量子點的發光二極管（QLEDs）具有窄而可調諧的發射光譜，顯示出高純度和真實的色彩，被認為是未來柔性和高清顯示有力候選者。全無機組份銫鉛鹵（CsPbX3）鈣鈦礦量子點，展現出高熒光量子產率、極窄的發光峰等特點，而且在實際應用中展示出較好的熱穩定性和低濕度敏感性，有望成為新一代發光顯示材料。短短幾年時間的發展，該體系QLED器件的效率取得了重大突破，其中綠光器件外量子效率已經達到8.7%。但是，與傳統鎘基量子點發光二極管的效率（~20%）相比，還有很大的提升空間。此外，當前高效率的鈣鈦礦量子點通常采用熱注入法制備，且需要惰性氣體保護，不利于低成本的產業化應用。
因此，開發高效、低成本、工藝簡便的鈣鈦礦量子點材料，目前主要面臨的問題有：①如何避免采用復雜合成工藝（如高溫，保護氣），獲得高質量發光量子點；②針對鈣鈦礦量子點的離子特性以及高動態的表面特征，如何開發可行的表面配體調控量子點表面態，使之同時兼具高效發光和有效電荷注入。
近日，南京理工大學宋繼中教授和曾海波教授團隊提出了利用室溫三重配體（無需惰性氣體）來調控鈣鈦礦量子點表面態的策略，降低成本的同時獲得了近完美的無機鈣鈦礦發光量子點，包括高熒光量子產率（> 90％）和單一輻射衰減（單指數衰減的最佳擬合優度（χ2）為0.986）。研究人員在非極性甲苯溶液中，利用四丁基溴化銨（TOAB），雙十二烷基二甲基溴化銨（DDAB）和辛酸（OTAc）三種配體在合成中的協同作用：TOAB有助提高PbBr2的在甲苯中溶解性和最終量子點的墨水穩定性；DDAB與TOAB配合，降低量子點表面缺陷，顯著提升量子點的發光性能和墨水穩定性；短鏈的OTAc使組裝的量子點薄膜具有更有效的電輸運性能，三者協同作用賦予室溫合成的鈣鈦礦發光量子點高油墨穩定性、近完美的發光性能以及有效的電荷注入與輸運特性。得益于此，研究人員成功制得高效的鈣鈦礦量子點LED器件，其最高EQE為11.6%，相應的內量子效率（IQE）和功率效率分別為52.2％和44.65 lm W-1。相關論文以“Room‐Temperature Triple‐Ligand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE-11.6% Perovskite QLEDs”為題，發表Adv.?Mater.上。?
【圖文簡介】
圖1室溫三配體表面工程合成近“理想”鈣鈦礦QD發射體。
a）合成和處理過程的示意圖；
b）透射電子顯微鏡（TEM）；
c）高分辨率TEM（HRTEM）圖像。
d）TOAB，DDAB和OTAc的化學結構；
e）高穩定的純化CsPbBr3 QD油墨。
f）表現出接近單一輻射通道的CsPbBr3 QD油墨的PL衰減曲線。 插圖為PLQY> 90％的高亮QD溶液照片。
g）基于利用油酸和辛酸合成的QLED的電流密度-電壓曲線。
圖2高亮、平滑、致密的QD薄膜。
a）高亮度量子點薄膜的照片。
b）它們相應的PL光譜。
c）量子點薄膜的原子力顯微鏡（AFM）圖像。
d）CsPbBr3和FA摻雜的CsPbBr3量子點薄膜的PL衰減曲線。
圖3高性能QLED。
a）左側是多層鈣鈦礦QLED器件的示意圖，右側是截面TEM圖像。
b）施加電壓3V時的歸一化EL光譜。
c）器件的亮度和電流密度相對于電壓的曲線。
d）器件的電流效率與電流密度的曲線。
e）器件的EQE相對于亮度的曲線。
f）器件的功率效率相對于亮度的曲線。
圖4大產率制備的量子點及其LEDs。?
a）不同放大倍數的QD原始溶液的照片。
b）QLED的能帶圖。
c）不同放大倍數的QLED的峰值EQE和d）峰值電流效率。
【總結】
該團隊開發了一種在室溫大氣環境下，利用三重配體協同配體合成出了高質量的鈣鈦礦量子點墨水，展現出高的PLQY（93％）和單一輻射衰減通道。所使用的三種短鏈配體賦予室溫合成的鈣鈦礦發光量子點高油墨穩定性、近完美的發光性能以及有效的電荷注入與輸運特性。最終，研究人員成功制得高效的鈣鈦礦量子點電驅動LED器件，表現出最高11.6％的EQE，為當前該體系鈣鈦礦QLED的最高值。且這項工作中所提出的簡易合成方法可規模化制備鈣鈦礦量子點，放大合成QDs的性質及其器件性能沒有明顯退化。這些結果表明室溫表面配體工程所合成的鈣鈦礦量子點在未來的高清顯示領域極具應用潛力。?
本文由南理工曾海波課題組-李建海供稿，材料牛編輯整理。
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