发光二极管(led)是一种通过电流发光的器件，传统上是用半导体材料制造的。在过去的几年里，科学家和电子工程师一直在探索由钙钛矿制成的led的潜力。钙钛矿是一种经常用于制造光伏(PV)技术的材料，有许多可能的成分和许多潜在的特性，如超导性和磁阻性。

虽然一些基于钙钛矿的led最近取得了超过20%的外部量子效率，特别是卤化物钙钛矿，但它们的性能可能会受到非辐射复合损失的负面影响。此外，钙钛矿只能沉积在有限范围的电荷输运材料上，这可能限制了它们制造性能改善的led的潜力。

剑桥大学和浙江大学的研究人员最近通过在薄的氟化锂界面上沉积混合维钙钛矿制造出了高效led。他们采用的制造策略，在最新一期的《自然电子》封面文章中概述，使得led具有显著的外部量子效率，同时也使得钙钛矿能够沉积在通常不兼容的材料上。

研究人员已经对基于钙钛矿的led进行了几年的研究。早在2018年，他们就利用钙钛矿聚合物异质结构创造了一种近红外LED，这种LED的外部量子效率超过了20%，内部量子效率几乎达到了100%。

当他们制造这个LED和其他设备时，研究人员遇到了合并钙钛矿层和电荷传输层的困难，因为这与钙钛矿沉积过程不相容。例如，他们尝试使用TFB，一种空穴传输聚合物半导体，他们之前曾使用它来制造高效的溶液处理oled，来制造高效的绿色钙钛矿led;然而，他们的成绩很差。

“我们意识到，由于聚合物表面的强疏水性，不可能在TFB聚合物上形成发射性钙钛矿层，”浙江大学的Di Dawei教授告诉TechXplore，他和剑桥大学的Richard Friend教授共同监督了这项工作。“因此，我们新研究的动机是在高性能led的合适电荷传输层上可靠地沉积混合维钙钛矿发光薄膜。”幸运的是，我们发现，通过在TFB表面涂上极介电介面，比如纳米薄的氟化锂层，就有可能形成高效led的高亮度钙钛矿层。”

为了制造基于钙钛矿的混合维led，研究人员首先制备了钙钛矿前体溶液。然后他们继续在ito涂层玻璃基板上旋转涂层沉积空穴传输聚合物TFB。接着是热退火处理和热蒸发薄氟化锂层在TFB表面。

将钙钛矿前驱体溶液沉积在氟化锂涂层的TFB上，通过热蒸发形成TPBi有机电子传输层。最后，研究人员通过一个荫罩热蒸发氟化锂/铝接触并封装LED。

“这种新设计和我们过去设计的主要区别在于，我们现在在聚合物空穴传输层和钙钛矿层之间插入了一层薄薄的氟化锂，”Di说。“氟层将‘三明治似的’多层器件结构固定在一起。重要的是，正如我们在之前的研究中发现的，高钙钛矿LED效率的关键是消除界面非辐射能量损失。氟化物界面很好地实现了这一目的。”

新的LED设计有很多优点。然而，最值得注意的是，它通过在两种材料之间引入极氟化锂界面，使钙钛矿与一系列通常不相容的聚合物空穴传输层结合起来。这种界面使得聚合物表面疏水，使得钙钛矿可以在其表面形成。

“我们观察到，我们制备的钙钛矿薄膜的光致发光量子效率与沉积界面上的化学键的极性有关，”论文的共同第一作者赵宝丹和Lian Yaxiao通过电子邮件告诉Tech Xplore。

研究人员揭示的钙钛矿膜的光致发光量子效率与界面化学键的极性之间的关系具有重要意义。事实上，这本质上意味着基于钙基钛的LED的发射效率可以通过改变它们所处的基底的化学性质来轻松控制。

“我们发现，通过使用超薄氟化物界面层，有可能形成并集成高发光钙钛矿层到LED器件结构中，类似于高效溶液处理的oled，”Di说。我们的设备在与显示应用相关的高亮度(>1500 cd/m2)下获得了高达19.1%的>外部量子效率。我们的发现扩展了目前有限的钙钛矿LED器件结构库，并可能加速这一领域的发展。”

通过使钙钛矿沉积在通常不兼容的聚合物上，新的制造策略为开发基于钙钛矿的器件开辟了有趣的可能性。在他们未来的工作中，研究人员将继续研究他们确定的设计策略的潜力，同时探索制造led的替代方法。

“我们现在计划通过光子回收等机制来进一步提高钙钛矿led的光发射效率，这一过程可以重新利用在设备中丢失的光子，”Di说。“我们还将致力于蓝色钙钛矿led和与操作稳定性相关的问题。”