全无机钙钛矿量子点的表面态调控及其LED研究

The development of new type all-inorganic perovskite quantum dots and QLEDs not only can break the monopoly of foreign companies on quantum dots, but also avoid the price, cost and environmental problems brought by Cd-based QDs. The controlled surface states of QDs and ehancement the performances of LED are the key problems for all-inorganic perovskite quantum dots' application in LED displays. Aiming to the limitation, we are developing high performance quantum dots and their LEDs. The main research content includes researching synthesis of high luminous efficiency, and high stable QDs, exploring the influence of reaction conditions such as raw material and reaction temperature on perovskite quantum dot size, morphology and luminescent properties. Studying the effect of ligand exchanges and shell structures on the stability, luminous efficiency. Building QDs backlit LEDs by combining the blue LED chip and remote quantum dot fluorescent powder and fabricating high-performance QLEDs by multilayer assembled film process. This program is expected to develope novel QD materials and high performance LEDs, which will build a solid base for the optoelectronic applications of perovskite materials.

发展新型的全无机钙钛矿量子点材料既能打破国外公司的垄断，又能避免现有镉基体系所面临的价格、成本、环境等问题。现阶段主要问题是，急需进行量子点的表面态调控与器件性能的提高。针对这一关键科学问题，本项目拟从表面态与缺陷态的角度出发，研究量子点的表面纯化与发光效率、稳定性的关系，探索载流子复合路径与发光机制，提升LED的性能。主要研究内容包括：发展高性能量子点的制备方法，研究原料、温度等对量子点尺寸、形貌、发光特性的影响；研究配体种类、壳结构等对发光效率、稳定性的影响；结合蓝光LED芯片+远程量子点荧光粉技术构筑高性能LEDs；采用多层组装膜工艺构筑高效的QLEDs。本项目有望开发出高性能的全无机钙钛矿量子点材料，以及实现LED性能的提升，从而为钙钛矿量子点材料在显示应用奠定理论与技术基础。

铯铅卤钙钛矿量子点，展现出高荧光量子产率、极窄的发光峰等特点，有望成为新一代发光显示的候选材料。本项目从表面态与缺陷态的角度出发，研究了量子点的发光行为、载流子复合路径以及发光机制，显著地提升了量子点发光二极管（quantum-dot light-emitting diodes, QLED）的效率。主要科学发现有：1）提出了室温“三配体协同”策略，大产率合成了近完美的铯铅卤量子点（高墨水稳定性、高荧光量子产率（PLQY>90％）以及有效电输运特性）；2）提出了“有机胺调控相结构”、“双相”、“壳结构包裹”、“全无机”等策略与思想，显著提高了材料与器件的抗热、湿、老化等性能；3）发展了调控表面态与缺陷态的“混合溶剂”、“有机无机杂化钝化”策略，实现了16.48%外量子效率的QLED，保持了该体系绿光QLED效率的世界记录（截止2020年1月）；4）在阐明钙钛矿的光电参数之后，开发了无表面配体构筑铯铅卤多孔薄膜的制备方法，构建了窄带的光电探测器件，通过“择优取向效应”和“等离子增强效应”相结合的思想，显著提高了光电器件的性能。相关成果以第一或通讯作者身份在Adv. Mater.、Nano Lett.等重要期刊发表SCI论文16篇，其中IF>10的论文9篇，包括Adv. Mater. 3篇、Angew. Chem. 1篇、Nano Lett. 1篇、Adv. Funct. Mater. 2篇、Small 2篇，ESI高被引论文4篇；申请和授权国家发明专利11项。在项目资助下，申请人获批国家优秀青年科学基金项目（2019年）。