金納米粒子修飾氧化銦錫陽極的高效率紅光鈣鈦礦發光二極管*

許青林 項婷 徐偉 李婷 吳小龑李巍 邱學軍 陳平?

1) (西南大學物理科學與技術學院, 重慶 400715)

2) (中國工程物理研究院流體物理研究所, 高能激光科學與技術重點實驗室, 綿陽 621900)

3) (廣東藥科大學, 廣東省光與健康工程技術研究中心, 廣州 510315)

(2021 年3 月15 日收到; 2021 年6 月14 日收到修改稿)

1 引 言

金屬鹵化物鈣鈦礦(metal halide perovskites,MHPs)的通式為ABX3, 其中A為正一價的有機或金屬陽離子, 如 CH3NH+3, CH (NH2)+2, Cs+;B是正二價金屬陽離子, 如Pb2+, Sn2+;X是鹵素陰離子Cl–, Br–, I–. 由于具有溶液易加工[1]、低陷阱密度[2]、高色純度[3]、高熒光量子產率[4]和可調的顏色發射[5], MHPs 在發光二極管(light emitting diode, LED)中顯示出巨大的潛力. 在短短6—7 年中, 鈣鈦礦發光二極管(perovskite light emitting diode, PeLED)的最大外量子效率(maximum external quantum efficiency, EQEmax)已經從最初的不到1%[6], 迅速超過了20%[7]. 綜合之前的研究工作, 科學家們主要從鈣鈦礦成分設計[8-10], 器件結構優化[11-14]以及發光機理研究[15-17]三個方面來提升PeLED 的性能.

在器件結構優化方面, 將金屬 (通常是金或銀) 納米結構應用到PeLED 中是提升器件效率的一種重要手段[11,12,13,18]. 這些納米結構主要包括納米粒子(nanoparticles, NPs)[11]和納米棒(nanorods,NRs)[19]. 器件效率的提高主要來自于金屬納米結構產生的光學效應或電學效應, 包括局部表面等離子體共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)[12]、增強薄膜的電學輸運[13]、表面微腔效應[20]、光散射效應[21,22]等. 盡管具有這些優勢, 但是裸露的金屬納米結構不能與鈣鈦礦發光層直接接觸, 因為在金屬/發光層的界面上會發生嚴重的非輻射復合亮度猝滅[23]. 為了避免這種能量損失,人們提出了兩種策略. 一種是用SiO2包覆金屬納米粒子結構表面, 形成NPs@SiO2間隔層結構[23,24].盡……