金属卤化物钙钛矿**发光二极管材料

金属卤化物钙钛矿半导体既在光伏器件研究中获得巨大进展，又在发光应用中体现出明显优势。金属卤化物钙钛矿半导体的荧光转化效率高、发光峰形窄、发射光谱可调控并可覆盖整个可见光范围，从而使得该类材料所制备的发光二极管有望满足下一代显示技术应用的性能要求。

在简要叙述发光二极管基本原理的基础上，分别介绍了钙钛矿材料的结构和荧光特性、钙钛矿发光二极管的电致发光特性，以及钙钛矿发光二极管进入实际应用所必须解决的器件寿命、离子迁移和光谱不稳定性等主要技术问题，讨论了钙钛矿发光技术所面临的机遇和挑战。

发光二极管器件基本原理

其核心结构是电致发光半导体活性层，当器件工作时，电子与空穴由发光层两侧注入，随后被限制在发光层中形成激子并复合，从而产生辐射。LED发射的光子能量取决于发光层材料的光学带隙。衡量LED发光性能优劣程度的主要参数包括量子效率、电流效率，以及功率效率。内量子效率表示产生的总光子数占总注入载流子数的百分比，外量子效率表示从发射面射出的总光子数占总注入载流子数的百分比。

图1 **的LED器件结构

电流效率指的是器件运行时，单位发光面积上的亮度与电流密度的比值，单位为cd/A。公式定义：

其中ηEL代表电流效率，L表示单位面积的发光亮度，J表示通过器件的电流密度。

功率效率又称为能量效率，是指输出的光功率与输入的电功率之比，是衡量器件功耗的重要指标，单位为lm/W。公式定义：

其中ηP 表示功率效率，LP 表示器件的辐照能量，V 表示器件驱动该亮度所加电压，I 表示对应的电流。

LED器件的发光颜色可以用色度坐标表示。目前国际上通用的色度坐标是1931年国际照明委员会(Commission International deI′Eclairage，CIE)制定的标准，以(CIEx，CIEy，CIEz)表示，其中，CIEx，CIEy，CIEz均为正数，且三者之和为1。图2是常见的、具有马蹄形状的二维颜色坐标(CIEx，CIEy)。该马蹄形边沿是饱和的单色波长。马蹄形可以分成不同的颜色区域，其中心点坐标E(0.33，0.33)是标准白色，中央部分围成的区域是白光区域。横跨白光区域的黑线是黑体色温轨迹线，这条曲线代表了黑体随温度变化的颜色轨迹。色温的变化范围为1000 K到无穷大。

图2 CIE (x, y ) 1931色度坐标图

LED器件的工作寿命通常定义为在恒定电流驱动下，器件的亮度衰减到初始亮度的一半时所需的时间。在实际研究过程中，为了缩短LED器件寿命的测试时间，寿命测试通常会采用高温高亮的方式加速器件老化。在恒定电流密度驱动下，器件亮度的衰减曲线通常符合下述公式：

其中，L0和Lt 分别为初始亮度和经过t时间后的亮度，τ，β是与材料和器件结构相关的常数，可根据实验结果拟合得到。一般来讲，器件初始亮度越大，器件的稳定性越差，并且有下述的经验关系：

其中，C，n都是常数，n一般在1.5到2.0之间取值。

金属卤化物钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿的LED于20世纪90年代被提出[19]，但是当时的电致发光只能在低温下实现，不利于器件的广泛研究和实际应用。室温电致发光PeLED开发于2014年，利用CH3NH3PbX3(X为Br或I)作为发光层进而成功地制备出室温电致发光的PeLED。这种器件可以通过简单的溶液法制备组装，同时器件的外量子效率也比较理想。由于三维钙钛矿较大的介电常数，注入的电子、空穴一般以激发态自由载流子形式存在，致使辐射复合效率较低。因此该报道中的PeLED是利用厚度只有15 nm的三维钙钛矿结构活性层实现的。但是，如何避免漏电并制备均一覆盖的钙钛矿发光层成为一项挑战。

此后钙钛矿发光器件的研究获得快速发展。提高了PeLED的效率。通过准二维钙钛矿发光层或采用改性的三维钙钛矿活性层策略进一步提升了近红外PeLED的效率。相继通过钙钛矿发光层的设计与改性将绿光二极管器件的外量子效率提升至20%以上。

小编：wyf 07.08