近日，物理學(xué)院史志鋒教授團(tuán)隊(duì)在新型非鉛金屬鹵化物發(fā)光二極管領(lǐng)域取得積極進(jìn)展。該研究通過(guò)創(chuàng)新性的有機(jī)陽(yáng)離子分子設(shè)計(jì)，協(xié)同調(diào)控薄膜結(jié)晶行為與界面電荷傳輸過(guò)程，有效緩解了長(zhǎng)期制約該體系的電致發(fā)光效率瓶頸。相關(guān)成果為構(gòu)建高效率、高穩(wěn)定性的溶液加工發(fā)光器件提供了新的材料與器件設(shè)計(jì)范式，有望推動(dòng)新一代低成本顯示與照明技術(shù)的發(fā)展。

溶液加工發(fā)光二極管（LED）因制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、易于大面積制造，被認(rèn)為是下一代顯示與照明技術(shù)的重要發(fā)展方向。近年來(lái)，基于有機(jī)發(fā)光材料、量子點(diǎn)、鈣鈦礦以及有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化材料的溶液加工LED取得了快速發(fā)展。其中，有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物由于同時(shí)具備無(wú)機(jī)半導(dǎo)體優(yōu)良的電學(xué)特性和有機(jī)組分豐富的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，在新型高效發(fā)光材料領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。尤其是零維雜化銻鹵化物，由于具有分子尺度的量子限域結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出接近100%的光致熒光量子產(chǎn)率和良好的穩(wěn)定性，被視為極具潛力的發(fā)光體系。然而，迄今報(bào)道的銻鹵化物L(fēng)ED外量子效率仍普遍低于6%，存在“高光致發(fā)光、低電致發(fā)光”的顯著差距，表明器件中電荷傳輸、注入及界面復(fù)合過(guò)程仍是限制性能提升的關(guān)鍵瓶頸。

針對(duì)上述問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)從分子層面出發(fā)，提出一種全新的有機(jī)陽(yáng)離子設(shè)計(jì)策略，構(gòu)建了咔唑功能化的有機(jī)陽(yáng)離子。該陽(yáng)離子一方面能夠與無(wú)機(jī)鹵化物框架和溶劑分子形成強(qiáng)氫鍵相互作用，有效調(diào)控薄膜結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，從而獲得致密、均勻、低缺陷密度的高質(zhì)量發(fā)光層；另一方面，其咔唑單元可與電子傳輸層中的苯并咪唑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的π-π堆積作用，改善界面能級(jí)匹配和分子耦合，促進(jìn)電子在界面處的高效傳輸與注入。在材料發(fā)光性能提升與界面工程優(yōu)化的協(xié)同作用下，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出高性能銻鹵化物L(fēng)ED器件，最大外量子效率達(dá)到19.4%，工作半衰期達(dá)到10190分鐘，較以往報(bào)道水平實(shí)現(xiàn)了跨越式提升。這一成果不僅大幅縮小了光致發(fā)光效率與電致發(fā)光效率之間的差距，也為有機(jī)無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物在高效、穩(wěn)定LED中的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

相關(guān)成果以“Efficient solution-processed light-emitting diodes based on organic-inorganic hybrid antimony halides”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Nature Communications》上，論文的第一作者為物理學(xué)院助理研究員馬壯壯、博士研究生褚偉紅和南京工業(yè)大學(xué)彭其明教授。通訊作者為我院史志鋒教授、單崇新教授和南京工業(yè)大學(xué)王建浦教授，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為第一單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、河南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68597-9

鄭州大學(xué)物理學(xué)院在非鉛金屬鹵化物發(fā)光二極管方面取得積極進(jìn)展