【48812】多伦多大学Sargent《Science》子刊：二维无铅钙钛矿的赤色LED！

  修改引荐：开发满意宽色域显现要求的赤色发光二极管（LED）依然是信息数据显现界面对的首要应战。本文报告了具有色坐标(0.708，0.292)的高功率、无铅(PEA)2SnI4钙钛矿发光二极管(PeLEDs)，满意Rec.2100对赤色发射器的标准。运用戊酸（VA）能够减缓钙钛矿的结晶速率，然后改进薄膜的描摹。VA的掺入还维护了锡在成膜过程中免受氧化。改进的薄膜和削减的Sn4+含量使PeLED的外部量子功率为5％，在20 cd/m2的初始亮度下的作业半衰期超越15小时。

  现在，开发满意在宽色域要求的赤色发光二极管（LED）在信息显现界面范畴依然面对着首要的应战。来自多伦多大学的Sargent课题组运用戊酸（VA）减缓(PEA)2SnI4钙钛矿的结晶速率，然后改进薄膜的描摹。而且VA的掺入还维护了锡在成膜过程中免受氧化。改进的薄膜和削减的Sn4+含量使PeLED的外部量子功率为5％，PeLED具有的色坐标为(0.708，0.292)，满意Rec. 2100对赤色发射器的标准。相关论文以题为“Color-pure redlight-emitting diodes based on two-dimensional lead-free perovskites”于10月14日宣布在ScienceAdvances。

  宽色域显现器的呈现推进了具有亮堂发射和高色纯度的发光二极管(LED)的开展。铅(Pb)基钙钛矿现已完成了高色纯度和挨近理论功率的绿色发射器，外延成长的GaNLED在蓝域现已做到了这一点。但是，世界照明委员会(CIE)色坐标与Rec.2100标准相匹配的高效赤色LED的开展依然没有完成（发射中心为630nm，光谱的半峰宽为(FWHM) 22 nm）。根据Cd和Pb钙钛矿的量子点（QD）因为其固溶处理，高亮度和光谱可调谐性已成为赤色LED的候选资料。

  不幸的是，发射峰的波长超越640nm，而FWHM大于30 nm。此外，Cd2+和Pb2+都是受操控物质。在无铅和无镉资猜中，铟基量子点在630nm处具有有用发射，但发射线 nm。赤色有机LED的发射规模更广（FWHM，60 nm）。无机半导体单晶，例如外延成长的GaAs，GaAlAs和GaAlInP，也已被开发用于赤色LED。这些纳米晶体显现出约25nm的窄FWHM。但是，发射会集在深红域（640 nm），并显现出不对称的发射光谱，其色坐标为（0.70，0.30）。

  因而，人们对开发高效，以所需波长发射并有足够窄的线宽的赤色LED充溢爱好，而所有这些都需求一起满意Rec.2100色坐标标准。近年来，无铅锡（Sn）基钙钛矿渐渐的变成了一种有出路的光电资料。锡基钙钛矿中存在两个首要应战：Sn2+易于氧化为四价态（Sn4+），尤其是在前体溶液中以及在成膜退火过程中，而且锡基钙钛矿的结晶速度显着快于铅基钙钛矿的结晶速度。这些导致了高的Sn2+空位缺点密度以及较差的薄膜形状和覆盖率。并导致激子的快速非辐射湮灭和薄膜中电荷传输的不良，严重地约束了锡基钙钛矿LED的功能。

  为了处理Sn2+的氧化问题，能够在前体溶液中增加还原剂，例如SnF2，SnF2-吡嗪络合物，Sn粉和羟苯磺酸。这有助于推进锡基太阳能电池和光电探测器的开展。但是，PeLED更简单遭到圈套状况和残次薄膜质量的影响。因而，根据Sn的PeLED的前进要求对Sn的氧化和结晶动力学有更准确的了解，并需求更强壮的战略来处理这些问题。

  图2. PEA2SnI4薄膜的结晶动力学和结构表征。没有(A)和有(B) VA制备的PEA2SnI4膜的SEM图画。(C)运用和不运用VA制备的PEA2SnI4薄膜的高分辩率XRD光谱（5°至6°规模）。在不一起间不运用(D)和运用(E)VA的旋涂PEA2SnI4的原位GIWAXS丈量。

  图3. PEA2SnI4中的光学性质和载流子动力学。(A) PEA2SnI4薄膜的吸收和PL光谱（插图显现了在紫外线激起下的发光图画）。(B)时刻分辩的PL和有无VA制备的PEA2SnI4膜的对应拟合。不加(C)和加(D)VA制备的PEA2SnI4薄膜的fs-TA光谱的二维伪五颜六色图表明为 OD（在650nm激起后样品的吸收强度的改变）作为两个延迟时刻和探头波长的函数。(E)PEA2SnI4膜的TA信号在612 nm处的激起波长为650 nm，相应的延迟时刻为0.4 ps。此处，将OD归一化为每个波长的线性OD，以进行定量比较。(F) PEA2SnI4薄膜有和没有VA的处理的情况下，放置3个月后的归一化发射强度。

  图4 . LED结构，能量图和功能。在不同作业电压下PEA2SnI4LED的(A)器材结构，(B)能级图，(C)EL光谱和(D)归一化EL光谱。（插图是在7 V电压下作业的赤色LED的作业相片。）(E) EL光谱的CIE 1931色度图中的色坐标。(F)亮度-电压-电流密度和(G) EQE-电流密度特性，以及(H)作业寿数和(I)发射光谱与器材上班时刻的联系。

  总归，作者经过增加VA来改进薄膜质量并维护Sn2+免受氧化。VA和Sn2+之间的强相互作用降低了钙钛矿前体的结晶速率，然后改进了终究的薄膜形状。凭借VA的两层优势，制作的PEA2SnI4 基LED具有5％EQE的创纪录功能，与操控设备比较提高了50倍，而且在20 cd/m2的初始亮度下半衰期超越15小时，色坐标与首要赤色发光体的Rec. 2100标准相匹配，这是迄今为止报导的无铅PeLED中最高的功率和安稳才能。（文：无计）