第一作者：武剑栋、李慧鑫

通讯作者：王红月、王洪强通讯单位：西北工业大学

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202411361

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空气制备大面积钛矿发光二极管（PeLEDs）将显著促进钙钛矿显示器件的发展。然而，由于不可避免的湿度干扰，在空气环境中制备钙钛矿发光层和空穴传输层（HTL）方面均存在困难。在次，研究团队提出并验证了在无机HTL（NiOx）中植入具有定制官能团聚合物刷的独特双边嵌入式锚定策略，该方案有效优化空气环境中的钙钛矿结晶的结晶过程，提升了界面载流子注入。首次在环境空气中实现制备大面积蓝光钙钛矿发光二极管。

研究背景

在空气环境中制备大面积蓝光钙钛矿发光二极管（PeLEDs）将显著促进钙钛矿基光电器件在显示应用中的商业化进程。然而，在环境湿度的影响下，钙钛矿离子晶体会经历一个动态的形成和降解过程，导致钙钛矿薄膜形态不均匀和大量缺陷，大面积蓝色器件的性能较差。

鉴于此，近日，西北工业大学材料学院的王红月副教授&王洪强教授团队发展了一种全新的双向嵌入式锚定调控策略，通过在无机空穴传输层NiOx中种植两性离子聚合物刷PEIS，实现了HTL和钙钛矿活性层的协同调控，其中聚合物刷在HTL中的嵌入部分能够钝化NiOx纳米颗粒的表面缺陷，促进载流子注入；嵌入活性层的部分能够促进钙钛矿在环境条件中的均匀成核，并精确控制蓝色准二维钙钛矿不同n相的生长速度，提升钙钛矿薄膜均匀性和发光能力（图1）。引入PEIS分子后，埋底界面的粗糙度有效降低，同时展现出均匀的钙钛矿形核位点（图2）。当PEIS掺杂量为0.5%时，形成以n=3为主导，其余各n相结晶速率相近的准二维钙钛矿结晶动力学过程，提高了空气环境制备准二维蓝色钙钛矿薄膜的发光能力和均匀性（图3）。该研究工作首次实现了在环境空气中制备大面积（2 cm × 2cm）蓝光钙钛矿发光二极管（图4），为控制空气环境中钙钛矿结晶动力学过程提供了一种新思路，促进了钙钛矿发光材料在显示领域商业化应用的进程。该工作以“Bilateral Embedded Anchoring via Tailored Polymer Brush for Large-Area Air-processed Blue Light-Emitting Diodes”为题发表在《Angew. Chem., Int. Ed.》上（DOI: 10.1002/anie.202411361）。上述研究得到了国家自然科学基金项目（No. 22372132）、国家重点研发计划项目（No. 2023YFE0206300）等项目资助。

图1：双向嵌入式锚定界面示意图

图2：具有低粗糙度和钙钛矿均匀形核位点NiOx-PEIS埋底界面

图3：PEIS在钙钛矿膜中呈现出拉伸的分子构象

图4：NiOx-PEIS界面对于准二维钙钛矿各n相结晶速率的控制

图5：空气环境中制备的大面积蓝光钙钛矿发光二极管

总结

作者证明了经PEIS修饰的NiOx空穴传输界面具有良好的平整度和均匀丰富的钙钛矿形核位点，实现了精确控制空气环境中准二位蓝光钙钛矿膜不同n相的结晶生长动力学过程。强化的钙钛矿发光层和PEIS传输层之间的界面接触，有效提高了钙钛矿薄膜的PLQY和环境稳定性。得益于钙钛矿在PEIS-NiOx衬底上可控的结晶过程，团队首次实现了在环境空气中制备大面积蓝光钙钛矿发光二极管。器件发射面积为0.2 × 0.2 cm2时，器件的峰值EQE为2.34%，最大亮度1161 cd m−2；发射面积为1 × 1 cm2时，器件的峰值EQE为2.09%，最大亮度为624 cd m−2;发射面积为2 × 2 cm2时，器件的峰值EQE为0.80%，最大发光量为734 cd m−2。该工作为控制空气环境中钙钛矿结晶动力学过程提供了一种新思路，为钙钛矿在显示器中的商业化铺平了道路。