近日，中国科学技术大学崔林松教授课题组与剑桥大学Neil C. Greenham教授团队合作，设计开发新型多功能分子稳定剂实现了兼具高亮度、高效率和高稳定性的近红外钙钛矿LED，解决了该领域重要难题。相关研究成果以《Bright and stable perovskite light-emitting diodes in the near-infrared range》为题，于3月15日在线发表在Nature上。论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05792-4
孙雨琦（剑桥大学博士生）、葛丽爽（中国科学技术大学硕士生）为本工作并列第一作者。中国科学技术大学崔林松教授、剑桥大学Neil C. Greenham教授为该项成果的并列通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学技术大学青年创新重点项目、合肥微尺度物质科学国家研究中心以及中国科学技术大学微纳研究与制造中心等支持。发展兼具高亮度、高效率和高稳定性的钙钛矿LED是目前商业应用面临的关键挑战。针对这一问题，团队设计开发了一种多功能分子稳定剂2-(4-甲砜基苯基)乙胺（MSPE）用来精准调控钙钛矿材料的光电性能、晶体行为和形态学性质，大幅提升钙钛矿LED在高亮度下的效率和稳定性（图一）。MSPE通过氢键和配位键与钙钛矿中的组分相互作用，有效调控钙钛矿的结晶生长过程，提高了薄膜的结晶性和晶粒的规整性（图二），并实现对钙钛矿表/界面缺陷有效钝化，大幅提升钙钛矿薄膜的发光效率和发光均一性（图三）；另一方面，MSPE分子间通过氢键诱导形成自组装结构，抑制了传输层界面低能态的形成，消除了传输层界面对钙钛矿材料发光的淬灭（图四）。得益于MSPE对钙钛矿和传输层界面的协同钝化效应，实现了高亮度、高效率和高稳定性的近红外（~800 nm）钙钛矿LED。器件峰值EQE高达23.8%，并且在1000mA cm−2的电流密度下，器件的EQE仍能超过10%，表现了超高的效率稳定性。在脉冲工作模式下，当电流密度高达4000mA cm−2时，此时器件的EQE仍超过16%，并且亮度达到3,200 W s−1m−2。值得注意的是，在初始亮度为107 W s−1m−2下，器件的寿命可以达到32小时以上，是目前稳定性最好的钙钛矿LED器件之一，在当前EQE超过20%的近红外钙钛矿中处于领先水平。在高亮度下，实现高效稳定的钙钛矿LED是迈向商业化关键一步，并有望在未来进一步实现钙钛矿电泵浦激光器展示了巨大潜力。图1：钙钛矿单晶single crystals，SCs的生长和优化。
图2：钙钛矿单晶SC-金属卤化物钙钛矿发光二极管Metal-halide perovskite light-emitting diodes，PeLEDs的器件结构和性能。
图3：钙钛矿单晶SCs和多晶薄膜polycrystalline，PC的载流子复合动力学。
图4：钙钛矿单晶SC-PeLEDs和钙钛矿多晶金属卤化物钙钛矿发光二极管PC-PeLEDs的运行稳定性。