第一作者：封士驰

通讯作者：沈阳、唐建新、李艳青

通讯单位：苏州大学，华东师范大学

论文DOI：10.1002/adma.202410255

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该文章刊发一种原位结晶调节策略，通过巧妙的蒸汽设计优化红色钙钛矿薄膜。作者通过将含有二甲基亚砜和二硫化碳（CS₂）的混合蒸气被掺入常规退火中，促进了热力学主导的钙钛矿结晶，这种策略实现对齐良好的级联相排列。此外，吸附的CS₂分子使得钙钛矿表面缺陷密度显著减小。因此，目标钙钛矿薄膜表现出快速的激子能量转移、降低的缺陷密度和阻塞的离子迁移途径。利用这些优势，PeLED器件获得了光谱稳定的红光 PeLED，其发射波长为668、656和648 nm，分别产生了创纪录的30.08%、32.14%和29.04%的峰值EQE，以及在初始亮度为140、250和270 cd m^-2时分别获得47.7、60.0和 43.7 h的半衰寿命。

背景介绍

高效稳定的红色钙钛矿发光二极管（PeLED）在高清显示器和生物医学应用中显示出广阔的潜力。尽管器件性能取得了重大进展，但在长期稳定性和高外部量子效率（EQE）方面满足商业需求仍然是一个挑战。提升红色PeLED性能的关键挑战是钙钛矿晶体表面的大量缺陷和难以控制的钙钛矿结晶，这往往会导致有害的电荷捕获和卤化物离子迁移。这种难以调控的结晶在准二维钙钛矿中尤为显著。因此，探索简单的结晶调控方案，在无需复杂的加法工程的前提下实现钙钛矿薄膜中特定的相分布和最小化的表面缺陷密度将会对于红色PeLED的发展起到关键作用。

研究出发点

钙钛矿薄膜在不同温度下退火的相分布证明了其在经历直接高温退火时，结晶过程主要受动力学控制，这导致了薄膜中的相分布呈现出显著的歧化（图1所示）。为了抑制这个结晶过程，该团队策略性的将蒸汽辅助结晶的过程引入到薄膜制备过程中，并引入钝化小分子，成功实现了高质量的钙钛矿发光薄膜。

研究内容

图2通过核磁以及XPS对CS₂之间的相互作用力进行研究，证明了CS₂能够吸附在钙钛矿表面并产生钝化作用。DFT模拟也表明，CS₂能够吸附在表面并填补Pb的空轨道。对薄膜的光学特性进行研究，可以观察到更均匀，强度更高的薄膜荧光，同时荧光寿命也出现了显著的延长。

在图3和图4中，团队对薄膜的相分布以及激子转移过程进行了研究。使用GIWAXS对薄膜中的相分布进行研究，该团队发现薄膜的相分布中出现了显著增加的中间相（n = 3），同时结晶的取向性也明显提升。瞬态吸收光谱（TA）同样也证明了中间相的产生。借助TA技术深入分析载流子的衰减过程，团队进一步强调了蒸汽处理的薄膜在构建快速能量转移通道具有明显的优势。

总结与展望

该团队开发了一种通用的结晶调节策略，获得了光谱稳定的红光PeLED，其发射波长为668、656和648 nm，产生了创纪录的30.08%、32.14%和29.04%的峰值EQE。在恒定5 mA cm^-2的电流密度时，器件展现出47.7、60.0和 43.7 h的运行寿命（T₅₀）。其中EL波长为648 nm的器件实现了与Rec. 2020非常吻合的CIE，这凸显了该成果在未来全彩显示领域的应用价值。

原文：https://doi.org/10.1002/adma.202410255