羟乙基纤维素钝化策略实现高效纯红色钙钛矿发光二极管

为解决准二维(Q-2D)钙钛矿薄膜缺陷导致的发光效率低下问题，研究人员通过将羟乙基纤维素(HEC)掺杂至空穴传输层(HTL)，利用其羟基与Pb2+ /K+ /PEA+ 的配位作用钝化缺陷，同时优化n相分布（抑制n=1,2相，增强n=3相），使纯红色PeLEDs在636 nm处的外量子效率(EQE)从5.31%提升至6.82%，为红光钙钛矿器件性能优化提供了新思路。

　　

在显示技术与医疗领域，纯红色发光二极管因其在色彩还原和生物检测中的关键作用备受关注。金属卤化物钙钛矿(PeLEDs)凭借窄发射光谱、高色纯度等优势成为研究热点，但混合卤素钙钛矿在溶液法制备过程中易产生未配位离子缺陷，导致薄膜质量差、器件效率低下。尤其对于准二维(Q-2D)钙钛矿，复杂的离子相互作用会形成低维相(n=1,2)，非辐射复合严重制约红光PeLEDs性能突破。

针对这一难题，中国某研究团队在《Organic Electronics》发表研究，创新性地将生物可降解材料羟乙基纤维素(HEC)引入空穴传输层(HTL)，通过多机制协同实现了钙钛矿薄膜缺陷钝化和相分布调控。研究采用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析HEC与Pb²⁺
/K⁺
/PEA⁺
的配位机制，结合电致发光性能测试验证器件优化效果。

材料与方法
研究团队构建了ITO/PEDOT:PSS:HEC/钙钛矿/TPBi/LiF/Al器件结构，通过调控HEC掺杂比例（0-1.5 wt%）系统分析其对薄膜特性的影响。采用空间电荷限制电流法(SCLC)量化缺陷密度，通过瞬态荧光光谱(TRPL)评估载流子复合动力学，结合X射线衍射(XRD)和紫外可见吸收光谱表征相分布变化。

结果与讨论

1. 器件性能提升：HEC掺杂使器件最大外量子效率(EQE_max
   )从5.31%提升至6.82%，电流效率提高32%。电致发光光谱显示636 nm处纯红色发射半峰宽保持稳定（<30 nm），证实HEC未引起相分离。

2. 缺陷钝化机制：XPS证实HEC的羟基(-OH)与Pb²⁺
   形成Pb-O键（结合能位移0.8 eV），FTIR显示K⁺
   与HEC醚键的配位作用。SCLC测试表明陷阱密度降低48%，TRPL显示载流子寿命从86 ns延长至112 ns。

3. 相分布调控：XRD分析显示HEC抑制了n=1相(2θ=5.3°)和n=2相(2θ=10.1°)，同时增强n=3相(2θ=14.9°)的结晶度，这种优化使辐射复合占比从67%提升至82%。

结论与意义
该研究开创性地利用天然高分子HEC实现钙钛矿缺陷与相分布的双重调控，其环保特性（相比传统钝化剂）和6.82%的EQE突破为纯红色PeLEDs的产业化提供了新策略。研究揭示的羟基-金属离子配位机制可拓展至其他多维钙钛矿体系，相关成果对发展低成本、高性能显示技术具有重要指导价值。