苏州大学王照奎教授课题组Angew：垂直集中量子阱结构实现高效深蓝钙钛矿发光二极管
注：文末有 研究团队简介 及本文 科研思路分析
金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电性能被认为是应用于发光二极管的理想材料。但是蓝光钙钛矿发光二极管的发展，尤其是显示应用急需的深蓝发光二极管，仍然远远落后。因此，现阶段开发满足国际照明委员会深蓝发射要求的高性能深蓝钙钛矿发光二极管具有重要意义。准二维钙钛矿因其固有的量子阱结构可以诱导强限域效应，特别适合于蓝色发射。但是降维钙钛矿的结晶方式导致了量子阱的多分散性，其自上而下的结晶模式会导致准二维薄膜中量子阱的垂直梯度分布。这将导致器件的多峰发射，不利于深蓝发射。
目前，已报道的对量子阱分布的调控一般局限于全局，缺乏对这种垂直梯度分布的具体认识。 苏州大学 功能纳米与软物质研究院的 王照奎 （点击查看介绍）课题组报道了一种 利用垂直集中量子阱结构实现高效深蓝钙钛矿发光二极管的策略 。他们提出了一种 热梯度退火的处理方法来解决准二维钙钛矿中垂直量子阱多分散性的问题。 如下图所示，在退火过程中引入低温源可以有效地抑制上界面前驱体的结晶和生长，从而抑制该区域大n域（其中n表示两个有机层之间的PbX6无机层的数量）的形成。
垂直集中量子阱结构的示意图
在对照膜中，铅的含量从钙钛矿层底部到顶部逐渐增加。这是由于小n域主要分布在薄膜底部，大n域集中在薄膜上部，形成了垂直的量子阱分布。然而，在目标膜中，铅含量在垂直方向上的分布相对均匀，证明了本文垂直量子阱分布管理策略的可行性。
截面TEM的EDX信号图
最终，优化后的深蓝钙钛矿发光二极管在458 nm处发出光谱稳定的狭窄深蓝发射。此外，这种策略在整个准二维体系中的普遍性也得到了证明，为未来的实际应用铺平了道路。
这一成果近期发表在 Angew. Chem. Int. Ed .上，文章的第一作者是苏州大学博士生 夏宇 。
Vertically Concentrated Quantum Wells Enabling Highly Efficient Deep-Blue Perovskite Light-Emitting Diodes
Yu Xia, Bin Song, Zhipeng Zhang, Kai-Li Wang, Yu-Han Li, Nan Li, Chun-Hao Chen, Jing Chen, Guichuan Xing, Zhao-Kui Wang
Angew. Chem. Int. Ed ., 2024 , DOI: 10.1002/anie.202403739
王照奎教授简介
王照奎，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授。2011年于日本富山大学取得博士学位， 2012年起就职于苏州大学。主要围绕钙钛矿半导体光电器件与物理，开展有钙钛矿太阳能电池（PV）和发光二极管（LED）的研究工作。近年来围绕钙钛矿太阳能电池（PV）和发光二极管（LED）的表界面调控和器件物理开展了创新性研究工作。在钙钛矿薄膜的晶化控制、缺陷机制与钝化，以及高性能器件的应用制备方面取得了一系列创新性研究成果。以第一作者/通讯作者在 Science （1篇）、 Natl. Sci. Rev .(1篇) 、 Sci. Bulletin (3篇) 、 eScience (1篇) 、 Joule (1篇) 、 Matter (1篇) 、 Adv. Mater. （14篇）、 J. Am. Chem. Soc. （4篇）、 Angew. Chem. （3篇）、 Adv. Energy Mater. （12篇）、 Adv. Funct. Mater .（10篇）、 Nano Lett. （2篇）、 ACS Nano （3篇）、 Nano Energy （5篇）、 Small （5篇）、 Appl. Phys. Lett. （25篇）等发表论文150余篇，参与发表 Science 论文2篇，论文被引用1.3万余次，H-index = 62 (Google Scholar)。已获授权发明专利37项，技术转让1项。主持和参与国家自然科学基金青年/面上/集成项目、江苏省自然基金青年/优秀青年项目、国家重点专项基金等20余项。
https://www.x-mol.com/university/faculty/18417
科研思路分析
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A： 如上所述，目前已报道的对量子阱分布的调控一般局限于全局，缺乏对这种垂直梯度分布的具体认识。然而，目前公认的自上而下的结晶模式会导致准二维薄膜中量子阱的垂直梯度分布。这将导致器件的多峰发射，不利于深蓝发射。这是值得深挖并优化的。
Q：研究过程中遇到哪些挑战？
A： 本项研究中最大的挑战在于如何给出垂直量子阱分布的直接证据。因为应用于钙钛矿发光二极管的钙钛矿层材料厚度很薄，给我们的表征带来了很多困扰。在文献调查与和相关的合作者讨论之下我们最终得到了预期结果，顺利推动了课题的进行。
Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？
A： 该策略获得了稳定的狭窄深蓝发射，有利于显示应用。并且其所需的温场和优化策略十分容易实现，故该研究成果可以进一步应用于钙钛矿发光器件产业化。此外，这种策略在整个准二维体系中的普遍性也得到了证明，为未来的实际应用铺平了道路。