基于钙钛矿单晶薄膜的深蓝色发光二极管

金属卤化物钙钛矿材料具有优异的吸收系数、可调光学带隙和低成本溶液加工性，在太阳能电池、发光二极管（LED）等光电子领域前景广阔。目前，绿光和红光钙钛矿LED的外量子效率已超过30%，可与有机LED、量子点LED竞争，但蓝光尤其是深蓝光钙钛矿LED性能较差。这主要是因为宽带隙钙钛矿的结构缺陷导致电荷传输动力学受损和非辐射复合严重。

为解决深蓝光LED的难题，研究团队聚焦于PEA₂PbBr₄（PEA为苯乙铵），采用空间限制生长法在空气中原位制备深蓝光发射钙钛矿单晶薄膜（SCTFs）。通过优化工艺，包括选择合适的空穴传输层（HTL）——聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA，因其耐腐蚀性和高载流子迁移率）、覆盖板（三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷（FOTS）修饰的玻璃，增强疏水性以提高薄膜均匀性），以及采用两阶段热退火策略（先高温成核再低温结晶）、添加过量PEABr和适量聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等，成功制备出大面积、高质量的SCTFs。

表征结果显示，SCTFs具有优异的结晶学取向、长程结构有序性和原子级光滑表面（均方根粗糙度仅109皮米），陷阱密度低至6.9×10¹⁴ cm⁻³，光致发光量子产率（PLQY）最高达48%。与多晶薄膜（PCTFs）相比，SCTFs微观结构更均匀，无明显晶界和缺陷，结构稳定性显著提升，在空气中放置30天仍无明显降解。

基于这些SCTFs构建的深蓝光钙钛矿LED，结构为ITO/PTAA/钙钛矿/TPBi/LiF/Al，在419纳米处实现明亮发射，最大电致发光亮度达179坎德拉/平方米，是目前同类研究中的最高值。该工作不仅确立了SCTFs作为高性能光电子器件的通用平台，还推动了深蓝光发射材料在下一代显示和照明系统等商业应用中的实际应用。