光学和光子学

管理三胞胎可改善钙钛矿LED

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-02 15:19

日本的研究人员发现,准2D钙钛矿制成的发光二极管(LED)的性能取决于材料中激子的行为。我们理解的进步可以使开发更有效的基于钙钛矿的光电器件变得更加容易。 2D和准2D钙钛矿常被吹捧为光电子学中硅的替代品。2D钙钛矿是由交替的有机层和无机层组成的堆叠板。准2D钙钛矿有点不同,因为它们包含有

  日本的研究人员发现,准2D钙钛矿制成的发光二极管(LED)的性能取决于材料中激子的行为。我们理解的进步可以使开发更有效的基于钙钛矿的光电器件变得更加容易。

  2D和准2D钙钛矿常被吹捧为光电子学中硅的替代品。2D钙钛矿是由交替的有机层和无机层组成的堆叠板。准2D钙钛矿有点不同,因为它们包含有机和无机材料在各个方向上都交替变化的小区域,就像3D钙钛矿一样。准2D版本还包含两种不同类型的有机材料:一种用于3D域,另一种用于它们之间的2D有机薄片。

管理三胞胎可改善钙钛矿LED

  在新的研究中,研究人员领导千早安达的九州大学的中心有机光子学和电子学研究变为有机板材的组成如何影响这些准二维钙钛矿制造LED的效率。所讨论的钙钛矿具有A 2 B n -1 C n X 3 n +1 结构,其中A为苯乙铵(PEA)或1-萘甲胺(NMA),B为甲铵(MA)或甲ami(FA),B为铅或锡,X为氯,溴或碘。特别是,Adachi及其同事研究了基于PEA和NMA甲醛化溴化铅(PEA 2 / NMA)的准2D钙钛矿。2 FA n-1 Pb n Br 3n + 1)。

  有机与无机

  由于2D和准2D钙钛矿包含无机和有机成分的组合,因此人们对于通过无机模型或有机模型更好地描述它们的半导体性质进行了很多讨论。在有机半导体中,电荷在被电激发以形成一种称为激子的高能态时会聚在一起。该激子可能以单重态存在,因为贡献的电子自旋指向相反方向,所以没有净自旋,或者处于自旋指向相同方向的三重态。无论哪种情况,激子中的能量都可以通过称为辐射复合的过程以光的形式释放出来。但是,三胞胎通常比单线态具有较低的能量,因此不会发出那么多的光。

  在其他研究人员报道了某些钙钛矿中存在激子后,足立研究小组决定从有机半导体的角度研究这种材料。有机LED的一个关键特性是外围材料(即除有源发光材料之外的材料)的三重态能量高于发光层本身的三重态能量。这意味着当发生辐射复合时,来自三重态的能量从外围转移到发射层,而不是丢失。

  为了查看其准2D钙钛矿的行为是否相似,研究人员研究了钙钛矿LED中有机成分之一(PEA或NMA)的三重态能量如何影响其发出的光量。他们发现,当使用NMA且三重态激子能量较低时,发光性能会大大下降。他们还发现,用具有更高三线态能量的PEA代替NMA可以提高性能。

  转移的三重态能量不会丢失

  研究主要作者秦传江解释说:“这与对胶片和设备中的能量动力学的其他研究一起,使我们确信[在NMA设备中]三胞胎中的能量正丢失给不发光的有机成分。” 相比之下,在PEA器件中,研究人员看到了与有机LED相似的图案,来自三重态的能量最终出现在该材料的低能发光部分。秦总结道:“因此,用有机物淬火三胞胎是一条主要的能量损失途径,在考虑应用时,我们必须考虑到这一点。”

  研究人员还发现,在基于PEA的钙钛矿中,单重态和三重态之间的能隙很小,仅为0.02 eV。这意味着三胞胎可以通过吸收来自环境的少量(热)能来“上转换”为单峰。发光单峰的数量因此可以增加。秦告诉《物理世界》说:“将材料中的所有三重态转换为单线态意味着可以收集所有可用的能量用于发光。” “实际上,我们的绿色(527 nm)器件的外部量子效率和电流效率分别达到了12.4%和52.1 cd A -1。”

  有利的属性

  这种类型的钙钛矿可以通过简单的基于溶液的工艺由低成本的原材料制成,它们的高色纯度和性能使其成为最有前途的薄膜LED材料之一。另一个有利的特性是电荷载流子(电子和空穴)在很长的距离内迅速扩散通过它们。总体而言,由这些材料制成的二极管的发光效率已从最初的0.1%(2014年)猛增至最近的近20%,使其与现有技术相当。研究人员希望继续改善这个数字,但是要做到这一点,他们需要找出究竟是什么会影响该效率,特别是对于 绿色发光而言,绿色发光是显示器和其他应用的关键颜色。

  秦说,这项研究的结果为我们提供了更好的方法,以了解如何实现基于钙钛矿的高效LED。“这些材料对太阳能电池,晶体管和其他电子设备显示出巨大的希望,因此更好地了解它们的物理原理将有助于这些应用的未来发展。”

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