Sci.adv: PF8Cz助力高效蓝色混合卤化物钙钛矿发光二极管

一、研究背景与核心挑战  

金属卤化物发光二极管（PeLEDs）在低成本、高色纯度显示领域潜力巨大，但其蓝色器件性能显著滞后于红/绿色器件。通过调节CsPb(BrₓCl₁₋ₓ)₃中溴（Br）和氯（Cl）的比例可实现460–480 nm蓝光发射，然而高氯含量会引入深能级缺陷，导致光致发光量子产率（PL QY）和外量子效率（EQE）下降。例如，传统方法中460 nm发射的PeLEDs EQE仅7.2%，远低于红/绿器件的20%–30%。  

 二、关键策略与创新方法  

• 铷（Rb）离子补偿抑制氯缺陷  

  通过在钙钛矿A位引入离子半径更小的Rb⁺替代部分Cs⁺，在保持目标带隙的同时降低实际Cl含量。例如，460 nm发射的CsPb(BrₓCl₁₋ₓ)₃纳米晶体中，Rb补偿使Cl/Br摩尔比从0.73降至0.62，PL QY从30%提升至48%，有效减少非辐射复合中心。理论计算表明，Rb⁺诱导的晶格收缩降低了Cl空位形成能，抑制深能级缺陷生成。 

•  空穴传输层的关键作用

  器件结构优化为ITO/PEDOT:PSS:PFI/PF8Cz/钙钛矿纳米晶体/TPBi/PO-T2T/LiF/Al。

  其中PF8Cz（聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-alt-咔唑）作为空穴传输层（HTL）发挥三重作用： 

1. 能级匹配：PF8Cz的最高占据分子轨道（HOMO，-5.8 eV）与钙钛矿价带顶（5.7–5.8 eV）精准对齐，降低空穴注入势垒，促进电荷高效注入。  

2. 电荷平衡调控：其绝缘特性抑制高电压下的电荷失衡，减少EQE滚降，使器件在宽电流密度范围内保持高效发光。  

3. 界面兼容性：PF8Cz表面能匹配纳米晶体溶液，确保单层均匀沉积，避免卤离子迁移导致的光谱漂移，提升器件稳定性。  

三、核心实验与性能突破  

1. 纳米晶体合成与表征  

   通过过饱和重结晶法制备了发射波长460、465、470、475、480 nm的CsPb(BrₓCl₁₋ₓ)₃纳米晶体，尺寸7–10 nm，立方相结构。Rb掺杂后，晶格参数收缩（如460 nm样品(200)晶面间距从2.70 Å降至2.64 Å），证实Rb成功掺入晶格。  

2. 器件性能对比

   对照组（无Rb补偿）：随Cl含量增加，PL QY从80%（480 nm）降至30%（460 nm），EQE从20.2%降至7.2%，表明氯缺陷对辐射复合的显著抑制。  

   Rb补偿组：PL QY提升至92%（480 nm）、48%（460 nm），对应EQE达26.4%（480 nm）、12.0%（460 nm），全波段EQE提升30%–80%。其中，470 nm器件EQE达21.3%，远超此前同类器件的11.9%。  

3. 光谱稳定性与色纯度  

   基于PF8Cz的器件在3–10 V电压下光谱半峰宽（FWHM）稳定在17 nm，CIE色坐标覆盖（0.138, 0.045）（460 nm）至（0.085, 0.205）（480 nm），满足Rec. 2020广色域标准。单层纳米晶体发光层有效限制卤离子迁移，避免偏压下的光谱漂移。  

四、机制分析与理论支持  

1. 载流子动力学  

   瞬态光致发光（TrPL）显示，Rb补偿后慢衰减成分（τ₂）比例增加，表明陷阱态复合减少。例如，460 nm样品τ₂从35.1 ns延长至48.4 ns，比例从46%提升至50%，证实缺陷密度降低。  

2. 能级结构优化  

   紫外光电子能谱（UPS）显示，PF8Cz与钙钛矿的能级差仅0.1 eV，空穴注入势垒显著降低。器件模拟表明，PF8Cz的引入使空穴迁移率提升20%，电荷注入平衡度从0.6提升至0.85，减少非辐射复合。  

五、结论与展望  

本研究通过Rb离子补偿和PF8Cz层优化，在460–480 nm全蓝光波段实现创纪录效率：460 nm（12.0%）、480 nm（26.4%）。

PF8Cz的能级匹配和界面调控是提升电荷注入效率的关键，而Rb掺杂从材料层面抑制氯缺陷，为高效蓝光PeLEDs提供双重保障。

未来结合配体工程与晶体取向调控，有望进一步降低缺陷密度，推动蓝光PeLEDs迈向商业化应用。