调控钙钛矿结晶与缺陷钝化协同策略实现99.9% Rec.2020标准纯红色发光二极管

【编辑推荐】针对混合卤化物钙钛矿红光器件存在的结晶失控、缺陷致非辐射复合等问题，韩国基础科学研究所团队通过引入辛基碘化铵(OAI)双功能添加剂，同步调控准二维钙钛矿成膜动力学并钝化晶界缺陷，制备出发射峰649 nm、色域覆盖率达99.9% Rec.2020标准的纯红色PeLEDs，其最大亮度(ELMax)达1274.9 cd m?2，外量子效率(EQEMax)提升至16.47%，器件半衰期超9小时，为高色纯显示应用提供新范式。

　　

在显示技术追求广色域与高色纯的今天，国际电信联盟Rec.2020标准对纯红色发光器件提出了近乎严苛的要求。尽管钙钛矿发光二极管(PeLEDs)在绿光区域已接近30%的外量子效率(EQE)，但纯红色器件仍面临混合卤化物相分离、结晶缺陷导致效率骤降等核心挑战。韩国基础科学研究所的Seo Yeon Han和Jae Woong Jung团队在《Applied Surface Science》发表的研究，通过创新性引入辛基碘化铵(OAI)双功能添加剂，实现了结晶动力学调控与缺陷钝化的协同优化，将纯红色PeLEDs性能推向新高度。

研究采用溶液法制备准二维钙钛矿发光层(EML)，通过OAI的胺基与[PbI₆]八面体配位调控结晶过程，其长烷基链作为间隔阳离子抑制高维相形成。结合表面处理工艺，系统表征了薄膜形貌、相分布及光电特性，最终构建了ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/BCP/Ag器件结构。

【Results and discussion】

1. 结晶调控机制：OAI的引入使晶粒尺寸从微米级降至200-300 nm，XRD显示(111)晶面衍射峰半高宽减小35%，证实结晶度提升。时间分辨荧光(TRPL)显示载流子寿命从18.7 ns延长至52.3 ns。
2. 缺陷钝化效应：傅里叶变换红外光谱证实OAI的-NH₃⁺与Pb²⁺空位结合，非辐射复合中心密度降低2个数量级，PLQY从11%提升至89%。
3. 器件性能突破：优化器件发射峰蓝移17 nm至649 nm，色坐标(0.711,0.289)达到99.9% Rec.2020覆盖率。EQE_Max达16.47%，较对照组提升5.1倍，开启电压低至1.59 V。
4. 稳定性提升：连续工作条件下，OAI器件光谱偏移<2 nm，T₅₀寿命达9小时，是对照组的4倍。

【Conclusions】该研究创新性地通过分子设计实现结晶-缺陷协同调控：OAI的烷基链抑制[PbI₆]八面体无序堆叠，胺基精准钝化铅空位和卤素悬键。所获准二维钙钛矿薄膜具有单分散相分布和近100%的辐射复合效率，最终器件在色纯度(35.3 nm窄半峰宽)、效率(16.47% EQE)和稳定性(T₅₀>9 h)三项核心指标上均创下纪录，为满足超高清显示需求提供了可量产的解决方案。这项工作不仅揭示了配体工程对钙钛矿维度调控的普适性机制，更开辟了通过分子界面工程实现多功能集成的材料设计新思路。