華科大在基于熱蒸發(fā)的鈣鈦礦藍(lán)光LED等研究領(lǐng)域取得進(jìn)展

2023年10月14日， Small methods在線刊發(fā)了華中科技大學(xué)唐江教授課題組題為《All－thermally evaporated blue perovskite light－emitting diodes for active matrix displays》的研究論文。論文第一作者為朱佳興博士生，通訊作者為羅家俊副教授、李京徽博士以及宋博翔副教授。論文第一單位為華中科技大學(xué)。

顯示在我們的日常生活中無處不在，其具有萬億市場(chǎng)規(guī)模。鹵素鈣鈦礦發(fā)光二極管因其熒光量子產(chǎn)率高、半峰寬窄、原料便宜、加工容易受到了科研界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。尤其是鈣鈦礦色域可達(dá)140％的NTSC，優(yōu)于當(dāng)前主流的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示技術(shù)。隨著鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）的快速發(fā)展，大規(guī)模制造有源矩陣PeLED顯示器（AM PeLED）越來越受到關(guān)注。

然而，高分辨率PeLED陣列與薄膜晶體管背板的集成仍然是傳統(tǒng)旋涂技術(shù)面臨的重大挑戰(zhàn)，與之相對(duì)的熱蒸發(fā)工藝是一種用于有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的技術(shù)，通過使用成熟的精細(xì)金屬掩模，可以實(shí)現(xiàn)像素化和大面積均勻制造。此外，它還提供精確的薄膜厚度調(diào)節(jié)、無溶劑工藝和高真空的清潔環(huán)境。更重要的是，通過熱蒸發(fā)生產(chǎn)的PeLED與現(xiàn)有的OLED制造工藝完全兼容，通過繼承現(xiàn)有的OLEDs生產(chǎn)線，將顯著降低制造成本。

研究?jī)?nèi)容及成果

唐江教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)熱蒸發(fā)CsPbBrxCl3－x外量子效率低的核心問題，引入原位鈍化策略，極大地抑制了與缺陷相關(guān)的非輻射復(fù)合。團(tuán)隊(duì)通過超快瞬態(tài)吸收光譜、瞬態(tài)熒光光譜研究了薄膜的質(zhì)量，經(jīng)過原位鈍化的CsPbBrxCl3－x＆TPPO薄膜熒光壽命更高，在帶隙內(nèi)顯示出較少的帶尾態(tài)，光致發(fā)光量子產(chǎn)率最終提升至30％，為優(yōu)異的器件性能奠定了基礎(chǔ)。

基于優(yōu)化后的發(fā)光層薄膜，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)筑了全真空結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦發(fā)光二極管器件。通過選用對(duì)鈣鈦礦薄膜有鈍化作用的電子傳輸層進(jìn)一步修飾界面，制備工藝可兼容現(xiàn)有OLED產(chǎn)線技術(shù)，所制備的藍(lán)色PeLED在475nm處表現(xiàn)出2．47％的峰值外量子效率和純藍(lán)光發(fā)射，這代表了氣相沉積純藍(lán)色PeLED的最先進(jìn)性能。。

為了驗(yàn)證熱蒸發(fā)工藝的應(yīng)用價(jià)值，我們報(bào)道了使用熱蒸發(fā)工藝的大面積藍(lán)色AM－PeLED的顯示屏，得益于熱蒸發(fā)的優(yōu)異均勻性和兼容性，這塊6．67英寸藍(lán)光AM－PeLED顯示屏成功顯示，分辨率為394 ppi，這代表著向全彩鈣鈦礦顯示器技術(shù)邁出了關(guān)鍵一步。

圖1． 全熱蒸發(fā)藍(lán)色PeLED的電致發(fā)光性能。（a） 器件結(jié)構(gòu)。（b） PeLED的能帶結(jié)構(gòu)。以TSPO1或TPBi為電子傳輸層的器件的 （c） 電流密度－電壓、亮度－電壓曲線和 （d） EQE－電流密度曲線。（e） TSPO1或TPBi器件在7．2 V電壓下的電致發(fā)光光譜，較窄的光譜表示較少的缺陷。（f） TSPO1或TPBi器件在電壓從5 V上升到7 V時(shí)的歸一化光譜。

圖2． 有源矩陣藍(lán)色PeLED顯示屏的演示。（a） 藍(lán)色PeLED顯示面板的結(jié)構(gòu)示意圖。（b） 顯示面板的截面SEM圖像，其中PDL層是用于分離PeLED的每個(gè)顯示單元的像素定義層。（c） 國際照明委員會(huì)顯示器和REC 2020的藍(lán)色發(fā)射器坐標(biāo)。（d－e） 通過藍(lán)色AM PeLED顯示面板顯示的地球圖像和字母。（f） 從（e） 字母圖像放大的像素到像素圖案的顯微圖像。

致謝

這項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)創(chuàng)新研究基金，博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、湖北省R＆D項(xiàng)目、小米青年英才計(jì)劃與華中科技大學(xué)分析測(cè)試中心的支持與幫助，在此一并感謝。