前言

金属卤化物钙钛矿是一类新兴的可溶液加工的材料，具有显著的光电性能，如高载流子迁移率、长扩散长度、带隙可调性、高发光效率和窄发射带宽。这些特性，以及卤化物钙钛矿材料制备的简易性，导致了太阳能电池、光电探测器和发光二极管等应用的巨大进步。钙钛矿发光二极管（PeLEDs）的发展尤其迅速，在传统的光学模型下，其中一些发光二极管的内部量子效率接近1。这是可能的，因为改进了辐射过程和抑制了非辐射复合过程。增强PeLEDs中辐射过程的最成功的方法之一是在低维结构中使用电荷载流子限制，包括钙钛矿纳米晶体和混合维钙钛矿纳米结构。通过例如使用聚合物和小有机分子作为发光钙钛矿的钝化剂，抑制PeLEDs中的非辐射复合过程也是同样重要的策略。

研究内容

剑桥大学的科学家报道了一种准二维(准2D)/三维(3D)混合维钙钛矿体系，以克服3D钙钛矿的低外部光致发光量子效率(PLQE)，并与钙钛矿量子点相比保持良好的电荷注入能力。他们发现超薄(~1 nm)的氟化锂层(LiF)，一种具有强极性的离子化合物，可以在聚合物空穴传输层上生长钙钛矿。LiF层提高了钙钛矿薄膜的晶体质量和载流子寿命，从而增强了基于混合维钙钛矿的绿色PeLEDs的器件性能。研究表明，在LiF涂层空穴传输层上使用混合维钙钛矿的绿色PeLEDs显示出高达19.1%的外部量子效率(EQEs)，亮度> 1，500 CD m2。与更多的类2D钙钛矿异质结构相比，他们的具有主要三维特征的混合维钙钛矿显示出相似或更好的性能。

实验方法

为了获得基本的准2D/3D组合物，将溴化苯乙基铵(PEABr)与标准的CsPbBr3 3D钙钛矿前体混合。钙钛矿前驱体与溴化铅、溴化铯和溴化硼的摩尔比为5:5:2。经过标准的旋涂和退火工艺，获得了均匀的钙钛矿薄膜和明亮的光致发光。PLQE从标准CsPbBr3的约1%提高到混合维钙钛矿的12%。使用添加剂来控制薄膜的生长和结构；发现四苯基氯化磷(TPPCl)具有有益的效果。与不含TPPCl的薄膜相比，含TPPCl添加剂的钙钛矿薄膜的吸收光谱中与2D钙钛矿相相关的高能激子特征减少。添加剂改变了2D和3D钙钛矿相的比例，有利于更高的3D含量。重要的是，含有TPPCl添加剂的混合维钙钛矿膜的PLQE(61%)是不含TPPCl的膜的PLQE(12%)的大约5倍。含有TPPCl添加剂的钙钛矿薄膜的光致发光动力学也显示出更长的寿命，这表明PLQE的改善主要是由于抑制了非辐射衰变过程。

TPPCl添加剂的作用

LiF界面改性剂的作用。

PeLED性能的表征。

钙钛矿薄膜的化学发光图谱

结论

在高亮度(> 1，500 CD m2)下，eqe高达19.1%的绿色发光二极管可以通过使用在LiF涂覆的空穴传输聚合物上形成的混合维钙钛矿来产生。高分辨率的空间和时间分辨的化学发光测量证实，薄膜的发光效率和均匀性的提高是由于使用了LiF界面和TPPCl添加剂的组合。该方法允许在一系列疏水电荷传输材料和以前不兼容的衬底上形成高质量的钙钛矿膜，为制造具有类似于溶液处理的有机发光二极管结构的高效率像素电极提供了策略。通过这种方法实现的器件结构的多功能性可以加速PeLEDs和其他钙钛矿基光电器件的发展。

Zhao, B., Lian, Y., Cui, L. et al. Efficient light-emitting diodes from mixed-dimensional perovskites on a fluoride interface. Nat Electron (2020). https://doi.org/10.1038/s41928-020-00487-4