发光效率达5.12%：科学家实现有机金属卤化物的高效电致发光

在现代生活中，电致发光二极管有着广阔的应用比如显示和照明等。各类发光材料包括外延生长无机半导体、有机发光材料、量子点等，在过去几十年间陆续得到了开发和应用。

然而，从性能和价格各方面考虑，电致发光材料还有巨大的发展空间。学界和业界从从未停止过对新型廉价高性能迄今保的发光材料器件的研发。

近年来，钙钛矿作为新型可低温溶液加工半导体材料引起了学界的极大兴趣，它在光电子应用领域巨大潜力也已得到展示，譬如已被用于电致发光二极管。

不过，高性能钙钛矿材料所含的铅元素所带来的环境健康潜在危害，成为钙钛矿大规模产业化的一大障碍。在开发无铅钙钛矿相关材料的过程中，零维有机金属卤化物杂化发光材料在近几年取得了巨大的成功，其量子发光产量可以高达 100%。但是，由于这类材料的导电性能不佳，在电致发光二极管上的应用还未取得进展。

近日，美国佛罗里达州立大学化学与生物化学系教授团队，通过巧妙的分子工程设计很好地解决了零维有机金属卤化物杂化发光材料低导电性能的问题。

研究中，结合导电有机阳离子和无机金属卤化阴离子，让此次开发的零维有机金属卤化物杂化发光材料不仅具备超过 90% 的发光效率，而且极易通过低温液相工艺制备成高品质的平滑高导电性能发光膜。

基于上述材料制备的电致发光二极管拥有 5.12% 的发光效率，亮度达到 5957 cd m-2，是迄今为止效率最高的基于零维有机金属卤化物杂化发光材料的电致发光二极管。

可以说，这项研究很好地解决了零维有机金属卤化物杂化发光材料低导电性能的问题，也被认为是领域内的里程碑式突破，相关理念将推动下一代零维有机金属卤化物杂化发光材料、以及其他类钙钛矿光电材料的开发。

另据悉，从 2014 年开始，该课题组开始涉足钙钛矿及其衍生物材料器件的研究，先后发表了几十篇原创性论文。在低维类钙钛矿材料领域，其于 2017 和 2018 年分别首次报道了高效发光一维 [1]、以及零维 [2] 类钙钛矿有机金属卤化物杂化材料。“自此，我们开始引领全球在此领域的研究 [3]。”课题组表示。

图 | 马必武（来源：）

利用低维有机金属卤化物杂化材料，他们报道了一系列此类材料在太阳能电池、光致发光二极管、及闪烁体上的应用 [4]。基于该团队在电致发光二极管领域的长期研究 [5]，利用高效发光零维有机金属卤化物杂化材料取代传统发光材料来制备电致发光二极管，一直是该实验室的主要研究课题。

“我们非常清楚只有解决零维有机金属卤化物杂化材料的导电性能问题，才能实现高效电致发光二极管。此项研究的成功，算是我们团队在低维有机金属卤化物杂化材料器件领域深耕多年的自然结果。”研究人员表示。

近日，相关论文以《基于零维有机卤化锑杂化物的高效红光发光二极管》（）为题发表在 Advanced Materials 上 [6]，刘鹤是第一作者，担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Advanced Materials）

接下来，课题组会持续研究类钙钛矿材料在电致发光二极管上应用，提高材料和器件的性能，力争为下一代电致发光二极管技术奠定基础。具体来说，对发光光谱进行调色、以及研发各种纯色和白光发光的器件，将会是研究的重点方向。

参考资料：

1.Nature Communications，2017, 8, 14051

2.Chemical Science,2018, 9, 586-593

3.ACS Energy Letters, 2018, 3, 54-62; Materials Research Letters, 2018, 6, 552-569; Materials Science & Engineering - R: Reports, 2019, 137, 38-65; Advanced Optical Materials, 2021, 9, 2001766

4.ACS Applied Materials and Interfaces, 2018, 10, 30051-30057; APL Materials, 2020, 8, 010902;Nature Communications, 2020, 11, 4329; ACS Materials Letters, 2020, 2, 633–638

5.Small Science, 2021, 1, 2000072

6.Liu, H., Shonde, T. B., Gonzalez, F., Olasupo, O. J., Lee, S., Luong, D., ... & Ma, B. (2022). Efficient Red Light Emitting Diodes Based on a Zero‐dimensional Organic Antimony Halide Hybrid.Advanced Materials, 2209417.