西安交大科研人員在鈣鈦礦量子點(diǎn)LED領(lǐng)域取得進(jìn)展

　　鹵化鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)(QDs)，這一新型半導體材料界的璀璨明星，憑借其卓越的光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY)、優(yōu)異的色純度、寬廣的色域調節能力以及出色的溶液加工性，正在薄膜光電器件領(lǐng)域大放異彩。在鈣鈦礦QDs的研究與應用中，表面配體對于QDs的PLQY、穩定性和載流子傳輸性能起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

　　因此，在開(kāi)發(fā)高性能鈣鈦礦QDs和制備高效的量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLEDs)的過(guò)程中，合理地選擇和搭配表面配體尤為關(guān)鍵。由于鈣鈦礦QDs具有較大的比表面積，表面缺陷的存在會(huì )顯著(zhù)影響鈣鈦礦QDs的光學(xué)性能。因此，通常需要使用過(guò)量的有機配體來(lái)有效鈍化QDs表面缺陷。然而，有機配體的絕緣性質(zhì)，會(huì )嚴重限制鈣鈦礦QDs在后續光電器件中載流子的注入和傳輸效率。

　　針對以上問(wèn)題，在前期采用多功能短鏈噻吩烷基溴化銨配體改善鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件性能的基礎上(ACS Applied Materials & Interfaces2023, 15(33), 40080-40087)，吳朝新教授團隊利用共軛有機配體的優(yōu)勢，包括其離域的π電子、剛性的分子骨架以及優(yōu)異的電導性。設計合成了一系列含有不同電子性質(zhì)取代基的共軛配體，(E)-3-(4-取代苯基)丙基-2-烯-1-胺氫溴酸鹽衍生物(PPABr、4-CH3PPABr和4-F PPABr)，并將其用作后交換配體，調節鈣鈦礦QDs的載流子注入和傳輸。

　　結合理論計算和實(shí)驗研究，發(fā)現這類(lèi)共軛配體具有沿著(zhù)整個(gè)分子骨架更分散的電子云分布，將其引入到CsPbBr3QDs中，能夠顯著(zhù)改善鈣鈦礦QDs薄膜的載流子傳輸。其中，含給電子性質(zhì)取代基的4-CH3PPABr有效地促進(jìn)了空穴的傳輸，而帶有吸電子性質(zhì)取代基的4-F PPABr則更有助于電子的傳輸。

　　最終，基于4-CH3PPABr的最優(yōu)綠光QLED實(shí)現了18.67%的最大外量子效率(EQE)。通過(guò)結合高折射率襯底和高折射率透鏡，其最大EQE進(jìn)一步提升至23.88%。這項工作為通過(guò)配體設計實(shí)現QLED中載流子傳輸平衡提供了新的思路。

　　該工作以“通過(guò)功能性短鏈共軛配體增強載流子傳輸實(shí)現高效綠光鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光二極管”(Boosting carrier transport via functionalized short-chain conjugated ligands enables efficient green perovskite quantum dot light-emitting diodes)為題，近期發(fā)表于國際頂級期刊《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal2024, 501, 157596;影響因子13.3)。

　　第一作者為課題組博士生趙晨靜，共同一作為朱春蓉講師，袁方副教授和吳朝新教授為共同通訊作者。西安交通大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊作者單位。此外，澳門(mén)大學(xué)王雙鵬教授也參與了該項研究。

　　該工作得到科技部政府間國際科技創(chuàng )新合作重點(diǎn)專(zhuān)項、自然科學(xué)基金委面上項目、博士后面上項目、省重點(diǎn)研發(fā)計劃等項目的支持，論文的表征及測試得到了西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。吳朝新教授團隊長(cháng)期研究新型功能材料的“光-電”與“電-光”物理機制及其器件應用如發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、光電探測器。