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喷墨打印高效制备准二维钙钛矿薄膜

发布时间:2022-12-02
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介绍

金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电性能,如高缺陷容限、高色纯度、可调带隙等,成为溶液处理发光二极管(LED)的前景材料受到了广泛关注。喷墨打印是全彩显示应用中 有前途的技术,但墨滴的流变性能和溶剂蒸发过程会严重影响钙钛矿的表面形貌和结晶过程,进而影响基于钙钛矿的器件的EL性能,所以通过喷墨打印技术实现的高质量像素化矩阵PeLED的电致发光(EL)器件性能低于自旋涂层器件。

喷墨打印技术通过调节油墨配方、基材表面性质、喷墨处理和液滴干燥条件等,可以制造高质量像素化的基质钙钛矿薄膜并且有利于控制薄膜结构,彭俊彪教授团队提出了一种策略来控制溴化锶(SrBr2)中锶的二价金属阳离子的相分布以制备准2D钙钛矿膜,可以通过适当增加钙钛矿的形成能来控制准2D钙钛矿的生长。

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▲ 图1

使用配置有30µm喷头的MicroFab高精度纳米材料沉积喷墨打印系统Jetlab®Ⅱ,将绿色钙钛矿油墨进行打印,像素尺寸宽50µm,长190µm,厚度为1.5µm。在3.5V、4.5V和5.V的驱动电压下的钙钛矿膜像素的EL图像(如图1所示)。为了进一步证明喷墨打印技术的鲁棒性和可扩展性,制备了面积为4.0×2.5 cm2的相对大面积薄膜(如图2所示)。活性面积为10.0cm2的PeLED的峰值EQE达到9.3%,是迄今为止通过喷墨打印技术 有效的大面积PeLED,且弯曲200次循环后,EQE降至初始EQE的68.6%,证明了通过喷墨打印定义的像素矩阵PeLED在柔性器件的应用中具有巨大潜力。

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▲ 图2

基于通过原位喷墨打印制备的多类型钙钛矿膜,采用玻璃/ITO/Poly TPD/PFNBr/钙钛矿/TPBi/LiF/Al的统一器件结构,构建了具有120 PPI分辨率的像素定义矩阵绿色PeLED。掺杂SrBr2的PeLED达到了15194cd m−2的 大亮度和13.9%峰值EQE。在3.5–5V的驱动电压下,在整个像素区域上观察到均匀的EL发射,表明钙钛矿膜的厚度均匀,掺入SrBr2的器件具有681s的延长寿命。

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▲ 图3


结论

SrBr2可以在DMSO中被有效地解离成Sr2+,并通过它们之间的强静电相互作用优先吸附在[PbBr6]4−周围,增加了钙钛矿的生成能,可以使准二维钙钛矿生长缓慢且均匀。以此制备的绿色钙钛矿油墨使用高精度喷墨喷墨打印机实现了像素密度为120 PPI的绿色矩阵PeLED,亮度为15194cd m−2,EQE值为13.9%,实现了峰值EQE为9.3%的大面积(10cm2)PeLED和峰值EQE达8.6%的柔性PeLED。因此,使用二价金属离子策略来操纵相分布可以提供一种喷墨打印技术兼容性良好的油墨,喷墨打印技术制造的PeLED显示器将得以广泛应用。


参考文献:

[1] Wang Junjie et al. Efficient emission of quasi-two-dimensional perovskite films cast by inkjet printing for pixel-defined matrix light-emitting diodes[J]. Materials Futures, 2022, 1(4)

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