研究背景
盡管綠色和紅色金屬鹵化物鈣鈦礦光發光二極管（PeLEDs）已經取得了顯著進展，但藍色PeLEDs，特別是深藍色PeLEDs（定義為國際照明委員會y坐標（CIEy）小于0.06），由于嚴重的相分離引起的電致發光光譜偏移和擴展帶隙鈣鈦礦發光器中低激子利用率，仍然遠遠落后，無法滿足最新Rec. 2020色域標準。為了解決這一問題，吉林大學王寧教授團隊在“Nature Nanotechnology”期刊上發表了題為“Multivalent-effect immobilization of reduced-dimensional perovskites for efficient and spectrally stable deep-blue light-emitting diodes”的最新論文。本文提出了一種多價固定策略，通過引入含氟氧化分子，實現高效率且光譜穩定的深藍色PeLEDs。系統實驗和大量5000?fs從頭算分子動力學模擬表明，多價效應在三種相互作用（氫鍵（F···H–N）、離子鍵（F–Pb）和配位鍵（C=O:Pb））下，協同穩定鈣鈦礦相并增強激子輻射重組中發揮了關鍵作用。由此，深藍色鈣鈦礦發光器的激子濃度和激子重組速率分別提高了1.66倍和1.64倍。在此背景下，作者的目標PeLEDs在459?nm深藍色發射波長下達到了15.36%的峰值外量子效率，并在0.45?mA?cm?2的恒定電流密度下具有144分鐘的半衰期。此外，深藍色PeLEDs在穩定驅動電流下60分鐘內保持恒定的光譜峰值，CIE色坐標為（0.136, 0.051）。
研究亮點
1.實驗首次提出了一種多價固定策略，通過引入含氟氧化分子來實現高效率且光譜穩定的深藍色鈣鈦礦光發光二極管（PeLEDs）。
2.實驗通過5000?fs從頭算分子動力學模擬和系統實驗，發現多價效應通過三種相互作用（氫鍵、離子鍵和配位鍵）協同穩定鈣鈦礦相，增強激子輻射重組，顯著提高了激子濃度和激子重組速率，分別提高了1.66倍和1.64倍。
3.通過該策略，深藍色PeLEDs在459?nm發射波長下實現了15.36%的峰值外量子效率，并且在0.45?mA?cm?2的恒定電流密度下具有144分鐘的半衰期。
4.深藍色PeLEDs在穩定驅動電流下60分鐘內保持恒定的光譜峰值，CIE色坐標為（0.136, 0.051），滿足Rec. 2020色域標準，展現出優異的光譜穩定性。
圖文解讀
圖1. 深藍色鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）的器件性能與自洽光電模擬分析。
總結展望
本文已經證明，采用多價效應策略可以實現高性能的深藍色電致發光（EL）來自低維鈣鈦礦（RDPs），在459?nm波長下達到了15.36%的峰值外量子效率（EQE），并在穩態電場下展現出顯著的光譜穩定性。增強的EL性能得益于三種類型化學鍵提供的多重保護，這些化學鍵能夠同時防止相分離和離子遷移，并增加激子輻射重組。實驗結果、理論計算和半導體自洽光電模擬表明，通過多價效應固定化，深藍色RDPs的結構、晶體學和光電性能可以得到全面控制。這一方法展示了RDPs在實現高效且穩定的深藍色PeLEDs方面的潛力。除了深藍色發光外，所提出的策略很可能在未來全色顯示技術中廣泛應用，用于穩定其他顏色鈣鈦礦的晶體結構。Dong, J., Zhao, B., Ji, H. et al. Multivalent-effect immobilization of reduced-dimensional perovskites for efficient and spectrally stable deep-blue light-emitting diodes. Nat. Nanotechnol. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01852-6
