在低成本顯示和照明技術方面，鈣鈦礦發光二極體（Perovskite light-emitting diodes，PeLEDs）表現出應用潛力。
全無機藍色 PeLEDs 因在顏色純度以及穩定性方面的優勢，而被認為有望替代藍色螢光或磷光有機發光二極體。然而，多層白光 PeLEDs 的相關問題仍未被解決。
圖丨馮敏強教授課題組部分成員合影（來源：該團隊）
基於此，蘇州大學團隊設計了一種新型策略——混合鈣鈦礦/有機串聯白光 LED（perovskite/organic tandem white LED，POTWLED）。
在優化藍光鈣鈦礦 LED 單元的 POTWLED上，最高外量子效率達到 23.9%，並且低色溫為 2522K。這些數據呈現出基於鈣鈦礦的 WLED 最高效率記錄，並展示了混合疊層技術在製備高性能基於鈣鈦礦 WLED 器件方面的應用潛力。
該研究首次驗證了雜化疊層鈣鈦礦/有機發光二極體製備白光器件的可行性，助力推動鈣鈦礦基發光器件發展的進程。同時，在不同電壓下，鈣鈦礦藍光光譜的發射峰位保持相對穩定，為實現高效穩定的藍光鈣鈦礦 LED 奠定了基礎。
目前，鈣鈦礦基白光器件的外量子效率保持在 12% 左右。該研究在雜化鈣鈦礦/有機 LED 的外量子效率方面首次突破 20%，這一進展為該技術在未來顯示與照明器件領域的應用和發展增強了信心。
雜化疊層技術賦予發光器件獨特的優越性，包括色彩飽和度、壽命和亮度等方面。該研究為未來顯示器件的發展提供了新的契機，尤其值得注意的是，該技術能夠滿足 AR/VR 設備對高亮度和高色彩飽和度的需求。
圖丨相關論文（來源：Advanced Functional Materials）
近日，相關論文以《高效混合鈣鈦礦/有機串聯白光發光二極體，外部量子效率超過 20%》（Highly Efficient Hybrid Perovskite/Organic Tandem White Light Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%）為題發表在 Advanced Functional Materials[1]。
蘇州大學博士研究生孫雙橋、暨南大學碩士研究生蔡雅婷和蘇州大學博士研究生朱敏為論文第一作者，由蘇州大學/澳門科技大學馮敏強教授、蘇州大學謝躍民副教授和暨南大學時婷婷副教授擔任論文共同通訊作者。
審稿人對該論文的評價稱：「這對鈣鈦礦發光領域的研究人員來說，是一個有吸引力和價值的課題。」另一位審稿人則認為，這項研究很有趣，對光電材料和器件的研究人員很有幫助。
圖丨澳門科技大學實驗室（來源：該團隊）
該研究解決了三方面問題。第一，針對鈣鈦礦基白光器件中溶劑不相容、發光單元能量傳遞和鹵素離子交換等問題，雜化疊層器件中頂部發光單元採用真空蒸鍍技術。能夠有效地避免有機溶劑對下層發光單元的破壞，並形成了獨立的發光單元以解決各個發光單元之間的能量傳遞和離子交換。
第二，針對鈣鈦礦 LED 發光顏色單一的問題，雜化疊層技術可以實現不同光色自由組合。
第三，針對鈣鈦礦基白光器件壽命短的問題，雜化疊層技術通過降低相同亮度下電流的需求，顯著提高了其工作壽命，這對於鈣鈦礦 LED 具有重要意義。
（來源：Advanced Functional Materials）
目前，大多數鈍化劑分子導電性較差，從而影響了鈣鈦礦的導電性和載流子傳輸。為解決該問題，該團隊採用了一種良好的導電鈍化劑——2,8-雙（二苯基磷醯基）二苯並[b,d]噻吩。
（來源：Advanced Functional Materials）
2021 年 1 月，研究人員驗證了綠光雜化疊層器件實驗的可行性。與綠光熱活化延遲螢光材料相比，雜化疊層器件的電致發光光譜明顯變窄。由於投稿過程中還有一些問題未被解決，這項研究暫未發表。
結合之前的研究成果，該團隊直接進行了後續的雜化疊層白光器件研究，這樣才能更好地推動鈣鈦礦 LED 的產業應用。
馮敏強教授課題組致力於以表介面調控和器件物理角度出發，製備及優化高性能有機、無機光電子器件。其研究課題為有機、無機半導體發光與光伏器件的基礎及應用。其中，關注焦點為有機/無機發光器件的產業的應用，矽基微顯示器，光提取技術，鈣鈦礦 LED/太陽能電池等。
未來，該課題組將持續關注雜化疊層器件的壽命、顯色指數和色域等問題，為其在健康照明、微顯示器等領域的應用奠定基礎。該團隊表示，期待將鈣鈦礦 LED 與商業 OLED 技術相結合，開發出穩定、高效、高色純度的疊層雜化 LED，加速鈣鈦礦 LED 的實際應用。
參考資料：
1.Sun，S.-Q, et al. Highly Efficient Hybrid Perovskite/Organic Tandem White Light Emitting-Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%. Advanced Functional Materials(2023). https://doi.org/10.1002/adfm.202306549