配体辅助陷阱态钝化实现高效天蓝光钙钛矿量子点发光二极管

《ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS》：Highly Efficient Sky-Blue Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes via Ligand-Assisted Trap-State Passivation

本综述系统探讨了通过短链配体十三胺（TDA）表面钝化策略合成高性能天蓝色CsPbBr3量子点（QDs）的创新研究。该研究通过尺寸工程成功抑制表面缺陷，将光致发光量子产率（PLQY）提升至80.2%，并制备出峰值外量子效率（EQE）达13.6%（492 nm）的稳定发光二极管（LED），为解决蓝光钙钛矿器件效率与稳定性难题提供了新范式。

　　

引言：蓝光钙钛矿器件的挑战与机遇

金属卤化物钙钛矿量子点（QDs）因其强量子限域效应、超窄光谱线宽和溶液加工性等优异光电特性，在低成本、高色纯度发光二极管（LED）领域展现出巨大潜力。通过卤离子调控可实现全彩显示，绿光、红光及近红外钙钛矿QLEDs的外量子效率（EQE）已突破28%，但天蓝光波段（480–495 nm）器件的电致发光（EL）效率与稳定性仍远落后于其他波段。传统混合卤素（Cl/Br）体系存在相分离、离子迁移等问题，而纯溴体系的CsPbBr₃QDs通过尺寸调控虽可实现天蓝光发射，却因比表面积增大导致表面缺陷增多。本研究提出采用短链配体十三胺（TDA）进行表面钝化，结合尺寸工程制备高稳定性、高效率的天蓝光钙钛矿QLEDs。

结果与讨论：尺寸工程与配体优化的协同效应

通过精确调控热注入法反应温度（90–130°C），成功实现CsPbBr₃QDs尺寸从4.3 nm至12.2 nm的可控合成，发射波长从525 nm蓝移至478 nm。X射线衍射（XRD）与高分辨透射电镜（HR-TEM）证实所有QDs均为立方相结构，且尺寸分布均匀。对比十三胺（TDA）、辛胺（OTA）和油胺（OAM）三种配体，TDA修饰的QDs光致发光量子产率（PLQY）达80.2%，远超OTA-QDs（51.2%）和OAM-QDs（46.7%）。时间分辨荧光（TRPL）显示TDA-QDs寿命延长至12.57 ns，表明其非辐射复合被有效抑制。

稳定性测试表明，TDA-QDs在室温储存90天后仍保持82%的初始PL强度，且发射波长无偏移；连续紫外光照300分钟后仅轻微衰减，而对照组出现明显荧光淬灭和红移。密度泛函理论（DFT）计算揭示TDA与QDs表面的吸附能（-3.66 eV）显著高于OAM（-3.18 eV）和OTA（-3.46 eV），其电荷密度分布显示更强电子相互作用，有效钝化表面缺陷态。

飞秒瞬态吸收（TAS）光谱进一步验证了TDA的钝化机制：TDA-QDs的基态漂白（GSB）信号半峰宽更窄，动力学拟合显示其单分子复合速率常数（k₁）为8.4×10⁸s^?1，而双分子俄歇复合常数（k₂）低至0.27×10^?9cm³s^?1，比对照组低一个数量级，证实陷阱辅助非辐射复合被显著抑制。

器件性能：天蓝光QLEDs的突破

基于TDA-QDs的LED器件采用ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/TPBi/LiF/Al结构，其能级匹配优化了载流子注入平衡。器件启亮电压低至2.8 V，最大亮度达1268 cd m^?2，峰值EQE为13.6%（492 nm），且EL光谱在4–7 V电压范围内无偏移，色坐标（0.08, 0.27）接近NTSC标准。连续工作2331秒后器件亮度衰减至初始值的50%，EQE从11%降至5%，表现出优异的工作稳定性。

结论：短链配体钝化的前景

本研究通过TDA配体辅助的尺寸工程，实现了陷阱态钝化与载流子动力学的协同调控，为纯溴体系蓝光钙钛矿QLEDs提供了高效的表面工程策略。该方案不仅提升了器件的效率与稳定性，更为解决钙钛矿材料在蓝光领域的应用瓶颈提供了新思路。