破纪录！钙钛矿量子点研究又有新进展！

2024-06-18 　来源：江苏先丰纳米材料科技有限公司　>>进入该公司展台　

2009年，日本科学家宫坂力等人首次报道了利用钙钛矿材料（如CH3NH3PbI3）制备的高效率钙钛矿太阳能电池，之后引起了广泛的关注和研究。在钙钛矿材料的研究中，钙钛矿量子点是一个重要的分支。钙钛矿量子点具有较小的尺寸和量子限效应，在光电应用中具有更好的性能。

此外丰富的表面使得性能可调控范围大幅增加，许多新颖的光学、电学性能等应运而生。科研机构和企业都在致力于开发高效、稳定和可大规模制备的钙钛矿量子点材料，以推动其在光电领域的应用。

本期分享的3篇钙钛矿量子点的研究中均取得了新进展，一起看下~

Nature

长程有序让钙钛矿量子点LED的稳定性提升100倍

金属卤化物钙钛矿胶体量子点具有出狭窄的FWHM(<30nm)，在红色波长中产生的外部量子效率EQEs高达25.8%，FWHM约为30nm。然而，这种高的EQE是在小于10cdm−2的亮度下实现的，而实际应用（手机或计算机屏幕）通常需要高达1,000cdm−2的亮度。迄今为止，钙钛矿LEDs在初始亮度为1,000cdm−2时的工作半衰期到被限制在几分钟内，阻碍了其在显示器中的商业应用。

2024年5月8日，Nature在线报道了一种协同双配体方法来实现稳定的红色钙钛矿LEDs。研究人员使用富碘剂(AnHI)进行阴离子交换和钝化全无机CsPbBr3量子点，并使用化学反应剂(溴三甲基硅烷;TMSBr)调节大小和表面配体的长程顺序。

TMSBr的液体性质确保了与表面友好的非极性溶剂的混溶性，并与质子试剂(亲核反应)在溶液中产生强酸(HBr)，这种强酸可以原位溶解较小的量子点以调节尺寸，并更有效地去除不导电的配体，从而实现致密、均匀和无缺陷的薄膜。

这些薄膜具有高电导率(4×10−4S/m)，比对照高2.5倍，是迄今为止钙钛矿量子点中记录的最高电导率。高导电性确保了高效的电荷传输，这种钙钛矿量子点制成的红色钙钛矿LED在亮度为1,000cdm−2时实现了创纪录的2.8V低电压和高工作稳定性：在1,015cdm−2时T90为500分钟。

此外，在EQEs超过20%的情况下，该操作装置的稳定性比以前的红色钙钛矿LEDs高出100倍。

文献名称：Long-range order enabled stability in quantum dot light-emitting diodes

链接：DOI: 10.1038/s41586-024-07363-7

新纪录！蓝光钙钛矿量子点发光二极管

目前绿光和红光钙钛矿QLEDs的外部量子效率EQE已经超过26%，但是蓝光钙钛矿QLEDs的性能远落后于绿光和红光钙钛矿QLEDs。

蓝光钙钛矿QLEDs器件性能低的主要原因是：一方面是蓝光钙钛矿QDs表面未配位Pb形成的深缺陷会带来严重的非辐射复合，阻碍了器件效率的进一步提高。另一方面，蓝光钙钛矿QDs的深的价带最大值(VBM)会在QDs和空穴传输层(HTLs)间形成大的注入势垒，从而导致QDs层中载流子注入的不平衡，进而降低了QLEDs的效率和稳定性。

因此，为了实现蓝光QLEDs中高效的激子辐射复合，迫切需要开发同时钝化蓝光QDs缺陷和优化器件载流子注入平衡的策略。

2024年4月17日，Advanced Materials报道了研究人员从QDs材料优化和器件设计出发，构筑了高效的蓝光钙钛矿QLEDs，在发射光谱490 nm处实现了高达23.5%的EQE，这也是目前蓝光钙钛矿LEDs领域报道的最高EQE。

这一蓝光钙钛矿QLEDs效率记录的突破是结合了CsPbCl3-xBrx QDs的表面钝化和合理的器件结构设计而实现的。在QDs材料钝化方面，引入三氟羧酸根（TFA-）来调控QDs的复合行为，发现TFA-能够与CsPbCl3-xBrx QDs表面未配位的Pb产生强的相互作用，有望钝化量子点的表面缺陷。钝化后，蓝光QDs表现出高效的激子辐射复合行为，其光致发光效率（PLQY）达84%，远高于钝化前QDs的43%。

在器件设计方面，通过在聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(4,4′-(N-(4-仲丁基苯基)二苯胺)]（TFB）中引入小分子三(4-咔唑-9-基苯基)胺（TCTa），提出混合型空穴传输层（M-HTL）的设计思想，以提升的空穴注入效率和传输能力；相比纯的FTB，M-HTL显著提升了器件的空穴注入能力和平衡了器件的载流子平衡。更重要的是，M-HTL展现出更优异的成膜性，显著抑制了器件中的载流子泄漏也为高效QLEDs实现打下基础。

该工作突破了蓝光钙钛矿QLEDs 20%的EQE，显著促进了钙钛矿QD在显示领域的商业化进程。

文献名称：Boosting External Quantum Efficiency of Blue Perovskite QLEDs Exceeding 23% by Trifluoroacetate Passivation and Mixed Hole Transportation Design

DOI:10.1002/adma.202402325

钙钛矿量子点固体能带工程助力高性能太阳能电池的研究

CsPbI3钙钛矿量子点（PQD）具有可调的表面化学性质、良好的溶液加工性和独特的光物理性质，因此在下一代光伏领域具有很大潜力。然而，附着在PQD表面的残留长链配体会严重阻碍PQD固体内部的电荷载流子传输，从而主要影响PQD太阳能电池（PQDSCs）的电荷提取。

2024年5月18日，Advanced Materials介绍了一种配体诱导的PQD固体能带工程，以增加PQD固体的电荷载流子提取，从而实现高效太阳能电池。

在该项工作中，研究人员利用具有不同偶极矩的功能分子4-硝基苯硫醇（NO2-PhSH）和4-甲氧基苯硫醇（O-PhSH）调节PQD固体的能级。通过详细的理论计算和系统的实验研究，全面了解以PQD表面配体为主导的PQD固体的光物理性质。

结果表明，具有不同偶极矩的4-硝基苯硫醇和4-甲氧基苯硫醇分子可以通过硫醇基团牢固地锚定在PQD表面，从而调节PQD能级，并在PQD固体内部形成梯度带结构。

此外，这些具有硫醇基团的功能分子还能通过Pb-S键有效地钝化PQD的表面缺陷，从而显著减少光诱导电荷载流子的陷阱辅助非辐射重组。因此，能带工程PQDSCs的光伏性能得到了显著改善，获得了高达16.44%的PCE，是CsPbI3PQDSCs中效率最高的。该研究工作为通过PQDs配体工程来调整PQD固体的光物理特性提供了一条新途径。

同时，该研究也为PQDs的功能配体筛选提供了重要见解和物理原理，从而控制PQDs表面化学，实现高性能光伏或其他光电器件。

文献名称：Band Engineering of Perovskite Quantum Dot Solids for High‐Performance Solar Cells

链接：DOI: 10.1002/adma.202404495

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