华侨大学魏展画教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：高效钙钛矿发光二极管的聚合物辅助晶体生长调控及缺陷钝化

2022-06-19 来源：高分子科技

在过去几年中，钙钛矿发光二极管(Pero-LED)的发展迅猛，相应的外量子效率(EQE)在短短4年内(2014-2018年)就从最初的0.1%飙升至20%以上。然而，这种高效率的Pero-LED的重现性仍然很低。因此，良好的可重复性已经成为Pero-LEDs领域的一个新瓶颈。制备Pero-LEDs最关键的步骤是将钙钛矿前驱液转化成高质量的固体薄膜。在以往的大多数报道中，钙钛矿形成时的晶体表面是裸露的，由于成核不均匀，生长不可控，不可避免地会形成缺陷。这些缺陷可能存在于体相晶粒、晶界和界面处，严重限制了器件的性能。因此，抑制缺陷形成，尤其是非辐射缺陷，对提高器件性能至关重要。

鉴于此，华侨大学魏展画教授课题组在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“Polymer-Assisted Crystal Growth Regulation and Defect Passivation for Efficient Perovskite Light-Emitting Diodes”的文章 (DOI: 10.1002/adfm.202203371)。该工作中，作者开发了一种聚合物渗透处理策略，实现有效和全面的缺陷钝化。具体来说，聚（偏二氟乙烯）（PVDF）聚合物链被混合到半结晶状态的钙钛矿薄膜中。这种渗透处理方法可以通过钙钛矿晶格和PVDF的化学相互作用来调节结晶和钝化缺陷。PVDF分布在薄膜表面和晶界处，同时达到钝化体相晶粒、晶界和界面的效果。最终，获得了具有无孔隙缺陷的表面和少缺陷晶体的高质量钙钛矿薄膜。50个器件的统计分析结果展示出，相应的Pero-LED达到22.29%的最大EQE和20.44±0.73%的平均EQE，表现出较好的重现性。该工作为通过聚合物辅助方法控制晶体生长和缺陷钝化以实现高效Pero-LED提供了更好的见解。

图1.钙钛矿薄膜的制备过程原理图。a). PVDF表面处理：将PVDF滴加在完全结晶的钙钛矿薄膜上。该方法中PVDF分布于薄膜表面，起到弱缺陷钝化作用。b). PVDF渗透处理：将PVDF滴加在半结晶钙钛矿薄膜上。该方法中PVDF链可以进入钙钛矿基质中并分布在薄膜的晶界和表面，表现出较强的缺陷钝化和结晶调控能力。