钙钛矿发光二极管载流子复合机制研究

钙钛矿发光二极管经过近几年的研究，虽然已经分别在近红外，红光和绿光上实现了超过10%的能量转换效率，但是，关于钙钛矿中载流子复合动力学以及钙钛矿发光器件之间物理联系的基础研究在本领域依然十分欠缺。明确该根本联系有利于解构钙钛矿的发光本质，从而设法更进一步地提高钙钛矿发光二极管的发光效率。

基于此，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的叶轩立课题组通过在CH₃NH₃PbI₃中引入不同浓度的poly(2-ethyl-2-oxazoline)（PEOXA）来从几百纳米到几十纳米调节钙钛矿的晶粒大小，如图1所示，同时利用瞬态吸收动力学和时间分辨光致发光来研究不同晶体尺寸的CH₃NH₃PbI₃薄膜的复合动力学，进而找出其与相应的钙钛矿发光二极管器件行为之间的联系。结果表明, 随着晶粒尺寸的减小，双分子复合（k₂）和俄歇复合（k₃）的效率越来越高，而钙钛矿薄膜的单分子复合（k₁）主要受限于其本身的缺陷态密度。在三维钙钛矿发光中，辐射复合主要为双分子复合，而非辐射复合主要为单分子复合和俄歇复合。通过用辐射复合和总复合的比例来定义辐射效率Φ(n)=nk₂/(k₁+nk₂+n²k₃), 其中n为载流子密度，我们发现器件的EQE曲线和辐射效率曲线Φ(n)的变化趋势相一致，如图1所示，证明了钙钛矿发光二极管的器件行为受到了其薄膜的复合动力学影响。这一发现有助于人们理解钙钛矿发光二极管的发光行为。这项研究向建立薄膜结构、复合动力学和钙钛矿发光二极管器件行为之间的关系迈出了重要的一步，从而为设计更好的钙钛矿发光二极管器件提供了有用的见解。

相关成果以《Recombination Dynamics Study on NanostructuredPerovskite Light-Emitting Devices》为题，发表在国际顶级期刊《先进材料》上（Adv. Mater. 2018, DOI:10.1002/adma.201801370），作者为Ziming Chen（陈梓铭）, Zhenchao Li（黎振超）, Chongyang Zhang（张重阳）, Xiao-Fang Jiang（姜小芳）, Dongcheng Chen（陈东成）,QifanXue（薛启帆）, Meiyue Liu（刘梅月）, Shijian Su（苏仕健）, Hin-Lap Yip（叶轩立）,* Yong Cao（曹镛）。相关工作得到了国家科技部，国家自然科学基金委员会和广东省科学技术厅的资助。

图1 （a-d）添加不同PEOXA浓度后的钙钛矿晶粒尺寸的变化。（e）归一化的EQE-电流密度曲线。（f）归一化的辐射效率-载流子密度曲线。