特別說明：本文由米測技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。
研究背景
基于磷化銦量子點的LED和有機 LED (OLED) 具有令人印象深刻的性能，但其發射光譜較寬。金屬鹵化物鈣鈦礦膠體量子點具有窄 FWHM (<30nm)，在紅色波長中產生高達25.8%的EQE，是一種具有發展潛力的發光二極管。然而，基于鈣鈦礦量子點（QD）的LED實際應用仍存在以下問題：基于QD的LED盡管具有高達25.8%的EQE，但該EQE 是在低于10cdm?2 的亮度下實現的，難以滿足應用（需要高達1,000cdm?2的亮度）。鈣鈦礦LED在1000cdm?2 初始亮度下的工作半衰期迄今為止僅限于幾分鐘12，阻礙了顯示器的商業前景。3、鈣鈦礦LED的長期穩定性和實際亮度水平之間需要權衡盡管許多研究關注低亮度水平的穩定性，但對于實際應用，在1000cdm?2工作亮度下維持10% 亮度損失 (T90)所需的時間更為重要。因此，開發在低Vex下具有高亮度的鈣鈦礦LED，以證明在1000cdm?2下T90穩定性更有意義。 有鑒于此，蘇州大學廖良生教授，王亞坤副教授等人報告了一種改善鈣鈦礦量子點薄膜的長程有序的化學處理方法，使得重復量子點單元的衍射強度與對照組相比增加了三倍。作者使用協同雙配體方法實現這一目標：用于陰離子交換的富碘劑（氫碘化苯胺）和產生強酸的化學反應劑（溴三甲基硅烷），強酸可原位溶解較小的量子點以調節尺寸并更有效地去除導電性較差的配體以獲得致密、均勻且無缺陷的薄膜。這些薄膜表現出高電導率（4×10?4?S?m?1），比對照組高2.5倍，是迄今為止鈣鈦礦量子點中記錄的最高電導率。高電導率確保了高效的電荷傳輸，使紅色鈣鈦礦 QD-LED 能夠在2.8V的創紀錄低電壓下產生 1,000cd m?2 的亮度，該亮度下的EQE超過20%。此外，在EQE超過20%的情況下，該器件的運行穩定性比以前的紅色鈣鈦礦LED高100倍。作者使用富含碘化物的試劑對全無機CsPbBr3 QD進行陰離子交換和鈍化，并使用化學反應劑來調節長程有序的尺寸和表面配體，產生了高導電QD薄膜。作者通過多種測量表明TMSBr處理后尺寸分布得到改善，且經過處理的薄膜具有更好的穩定性，結合理論計算證實了TMSBr處理改善了QD的長程有序。作者使用核磁共振 (NMR) 表明了TMSBr對QD表面鈍化的影響，并評估了對照薄膜和 AnHI/TMSBr 處理薄膜的熱穩定性。作者將長程有序薄膜組裝成LED裝置，并表證實了其優異的LED性能和長時間運行穩定性，其其壽命比之前最好的報告提高了100 倍。作者使用富含碘化物的試劑 (AnHI) 對全無機 CsPbBr3 QD 進行陰離子交換和鈍化，并使用化學反應劑來調節長程有序的尺寸和表面配體，產生了高效 LED 所需的高導電QD 薄膜，獲得了4×10?4?S?m?1的高電導率。作者報告了一種協同雙配體方法，通過改善鈣鈦礦量子點薄膜的長程有序獲得高電導率，確保了高效的電荷傳輸，在EQE超過20%的情況下，該器件的運行穩定性比傳統鈣鈦礦LED高100倍。作者使用開發的鈣鈦礦量子點制成的紅色鈣鈦礦LED實現了2.8?V的創紀錄低電壓，亮度為1000?cd?m?2，并且具有高工作穩定性，在1015cd?m?2 時，T90為500min。 本工作報告了一種協同雙配體方法來實現穩定的紅色鈣鈦礦 LED。使用富含碘化物的試劑 (AnHI) 對全無機CsPbBr3 QD進行陰離子交換和鈍化，并使用化學反應劑（溴三甲基硅烷；TMSBr）來調節長程有序的尺寸和表面配體。TMSBr 的液體性質確保了與表面友好的非極性溶劑的混溶性，并與質子試劑發生反應（親核反應），在溶液中產生強酸 (HBr)，用于溶解配體覆蓋率較差的 QD。此外，TMSBr 是一種短配體（三個碳原子），因此可以產生高效 LED 所需的高導電 QD 薄膜。作者首先測量光致發光光譜表征點間耦合和堆積行為，結果表明經過處理的薄膜點與點之間的相互作用更強。處理后的薄膜顯示的FWHM比原始薄膜和對照薄膜窄約10 nm，表明 TMSBr 處理后尺寸分布得到改善。通過使用激發相關光致發光量子產率（PLQY）測量研究薄膜的陷阱密度，在約80 mW cm?2的激發強度下，經過處理的QD薄膜表現出比對照高出三倍多的 PLQY，表明經過處理的薄膜具有更好的穩定性。DFT計算表明，TMSBr/AnHI的結合親和力比油酸配體高約10倍。GIWAXS和GISAXS顯示，處理膜的衍射強度明顯增加，從而改善了處理QD的長程有序性。接下來，作者研究了表面配體密度控制的分子機制。使用核磁共振 (NMR) 來檢查TMSBr對QD表面重修的影響。高 PLQY和完全去除原始長油酸酯配體的結合表明TMSBr的有效鈍化和成功表面重修，從而產生具有特殊長程有序的薄膜。作者進一步評估了對照薄膜和 AnHI/TMSBr 處理薄膜的熱穩定性。在 100°C 下加熱薄膜時，光致發光強度隨時間的變化表明對照薄膜遭受熱猝滅，而經過處理的QD薄膜樣品保留了85%以上的強度。共焦光致發光圖、SEM和AFM共同證實了處理后薄膜的熱穩定性。最后，作者將長程有序薄膜組裝成LED裝置，并表征了其性能。結果表明， LED表現出穩定的電致發光，經過處理的LED在1000cd?m?2的亮度下表現出 2.8?V的創紀錄低電壓，且僅需要3.7?V即可產生約5000cd?m?2 的亮度。此外，該LED在180cd m-2附近表現出22%的EQE，并且最大亮度約為7000cd m-2。連續工作 200 分鐘后，所得LED顯示出穩定的電致發光峰。然后，通過施加5mAcm?2的電流密度來測量 LED 的工作穩定性， T90為 500 分鐘，比對照組長16倍，并且在可比較的初始亮度下，其壽命比之前最好的報告長100 倍。總之，本文使用雙配體方法合成了長程有序量子點薄膜，該方法改變了鈣鈦礦量子點薄膜中量子點的尺寸分布和排列，制造了緊湊且均勻的活性層薄膜，該薄膜具有高 PLQY 和良好的電傳輸性能。使用這種鈣鈦礦量子點制成的紅色鈣鈦礦LED實現了2.8?V的創紀錄低電壓，且具有高工作穩定性。這項工作為增強T90在實際應用（手機）的實際亮度下的穩定性鋪平了道路，進而推動鈣鈦礦LED行業更接近廣泛的實際應用。 Wang, YK., Wan, H., Teale, S. et al. Long-range order enabled stability in quantum dot light-emitting diodes. Nature (2024).https://doi.org/10.1038/s41586-024-07363-7
