魏展画课题组Advanced Science:“喝水瘦身”，成就高效率钙钛矿LED

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钙钛矿材料（Perovskite）因其优异的光电性质，如可溶液法制备、载流子迁移距离远、带隙连续可调、发光半峰宽窄等，而受到了科研工作者的广泛关注，并被用于制备太阳能电池、发光二极管（LED）、光电探测器等。近年来，钙钛矿发光二极管（Pero-LEDs）效率飞速发展，绿光、红光以及近红外光器件外量子效率（EQE）均已超过20%。但是，在制备高效率Pero-LEDs器件方面，目前仍缺少一种普适的器件结构。

       近来，华侨大学魏展画教授课题组和南方科技大学王恺教授、吴丹教授课题组提出，在器件结构设计时，电子和空穴的注入平衡对器件效率有着非常重要的影响。而目前最常用的空穴传输层Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS）由于厚度过高（40-50 nm），不仅导致了空穴注入与电子注入匹配失配，并且使得出光效率大大降低，限制了器件效率的提升。为解决这一问题，该组采用了“水剥离”法，使空穴传输层“喝水瘦身”，得到了超薄空穴传输层（ultra-thin PEDOT:PSS， ~7 nm），使得器件效率大大提高。
本文要点：
       用简单的“水剥离”法制备了均匀、致密的ultra-thin PEDOT:PSS（~7 nm）作为空穴传输层，提高了空穴注入能力，使得电子和空穴注入更加匹配，器件效率得到提高。如图1所示，普通厚度的PEDOT:PSS虽然可以有效遏制非辐射复合，但是也导致了大量光子的损失，使得出光效率大大降低；如果选择去掉空穴传输层，就会出现严重的非辐射复合；制备ultra-thin PEDOT:PSS，可同时减少电子和光子的损失，抑制非辐射复合的同时，提高出光效率，使得器件效率得到提高。
       使用光学模拟，证明随着PEDOT:PSS厚度的减薄，器件出光效率大大提高。制备绿色光（525 nm，515 nm）、青色光（500 nm）以及蓝色光（472 nm）器件，证明ultra-thin PEDOT:PSS对制备高效率Pero-LEDs具有普适性。统计结果显示，基于ultra-thin PEDOT:PSS的不同颜色发光器件亮度及EQE均有约两倍的提升，并且发光为525、515、500 nm的器件最高EQE分别达到17.6%、15.0%、6.8%。
       相关工作在线发表在Advanced Science上（DOI：10.1002/advs.202000689）。
       文章来源：materialsviewschina
       魏展画，华侨大学教授，2011年7月毕业于厦门大学化学系，取得学士学位；2015年8月毕业于香港科技大学化学系，取得博士学位，其导师为杨世和教授；2015年9月至2016年7月间在新加坡南洋理工大学物理与应用物理系从事博士后研究，合作导师为熊启华教授。2016年5月加入华侨大学材料科学与工程学院，课题组的主要研究方向为光电材料与器件，包括钙钛矿电致发光器件和钙钛矿太阳能电池等，已在Nature、Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition等高水平期刊上发表研究论文10余篇。
      王恺，博士，南方科技大学，副教授（研究员职称）。主要从事半导体纳米晶发光材料（量子点/棒、钙钛矿纳米晶）及其光电器件（发光二极管、光电探测器）、新型显示（QLED、QD-MicroLED）、半导体照明研究。主持国家及省市级科研项目等共8项，发表SCI论文70篇（总引用超过2300次，H-Index 26），发表国际会议论文66篇，授权发明专利16项（包括2项美国专利），第一作者出版英文专著《Freeform Optics for LED Packages and Applications》1本。研究成果获2016年国家技术发明奖二等奖、2016年国家教育部技术发明奖一等奖、2015年湖北省自然科学奖一等奖、2013年全国优秀博士学位论文(“全国百篇优博”)提名奖、2016年SID Distinguished Paper Award、2017年IEEE ICEPT Outstanding Paper Award、2017年南方科技大学“杰出科研奖”、2016年南方科技大学“青年科研奖”等奖项。为2014年“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才、2017年广东省自然科学杰出青年基金（广东省“杰青”）获得者。