【材料】JAmChemSocCe3+掺杂调制CsPbBr3纳米晶光致发光动力学提升钙钛矿发光二极管的性能

J.Am.Chem.Soc.:Ce3+掺杂调制CsPbBr3

纳米晶光致发光动力学提升钙钛矿发光二极管

的性能

【引言】

铅卤化物钙钛矿纳米晶体（NCs）被认为是用于发光二极管（LED）的下

一代发光层材料。纳米晶作为典型的全无机卤化铅钙钛矿纳米

CsPbBr3

晶，与有机-无机杂化卤化铅钙钛矿纳米晶相比，它们具有高的热稳定

性、低湿度敏感性、高色纯度和小尺寸激子约束引起的有效辐射复合，因

而受到了广泛的关注。目前，纳米晶的组分以及带隙调控可以

CsPbBr3

通过合成后的快速阴离子交换来实现，同时保留纳米晶本身的尺寸和形

貌，因此纳米晶的多样合成技术大大促进了它们的广泛应用。

CsPbBr3

【成果简介】

近日，来自中国科学技术大学的姚宏斌（通讯作者）、张群（共同通讯作

者）课题组和南京理工大学的曾海波（共同通讯作者）课题组合作在J.

Am.Chern.Soc.发表了题为Ce3+-DopingtoModulate

PhotoluminescenceKineticsforEfficient

CsPbBraNanocrystalsBasedLight-EmittingDiodes的论文，表

道了通过简单的热注入法掺杂离子来提高纳米晶的光/电

Ce3+CsPbBr3

致发光效率的研究工作。由于Ce3+离子的离子半径与pb2+离子相近,并

且与漠离子轨道叠加形成的导带能级相比于CsPbBq本征的能级更高，因

此离子能够掺杂到纳米晶中，并保持钙钛矿结构的完整性

Ce3+CsPbBr3

且不会引入额外的陷阱态。基于此，他们发现通过将纳米晶中

CsPbBr3

Ce3+的掺杂量提高到2.88%时，CsPbBr3纳米晶的光致发光量子产率

(PLQY)达到89%,超快瞬态吸收(fs-TA)和时间分辨光致发光

(PL)光谱显示Ce3+掺杂可以有效调制CsPbBr3纳米晶的发光动力学，

进而提高纳米晶的PLQY。同时，采用掺杂Ce3+的CsPbBr3纳米晶作为

发光层制备的LED器件，与未掺杂的CsPbBr3纳米晶相比，器件的外量

子效率(EQE)从1.6%提高到了4.4%。

【图文导读】

图1：Ce3+掺杂和未掺杂的CsPbBr3纳米晶的

微观形貌及其光谱图

de

50nm50nm

g

50nm50nm

(

n

(①

m5

eI

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23s

SS一q

UU

①①v

cg

-c_o

N

10203040506*，犷；J*400500600700800

2Theta(degree)2Thela(degree)Wavelength(nm)

a-b:Ce3+掺杂和未掺杂的CsPbBr3纳米晶的TEM图像以及插图

中显示的相应HRTEM图像。

c:Ce3+掺杂的CsPbBr3纳米晶的HAADF-STEM图像。

a

102030405060303132

2Theta(degree)2Theta(degree)

O10

3.2

(

E♦

zo8

.5O』

(0

%N

)r)

06

=o.8

2r.5

.Oo.U

q5o.

o4E

dq

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oo

2s

q

<

0102030405045050055060065)700

CeBr3ratio(%)Wavelength(nm)

C

•90

5

5

M(

s％

u)

sA

ug

d

二

d

40045050055060065001020304050

Wavelength(nm)CeBrAratio(%)

a:采用不同CeBr3前驱体浓度掺杂C/，的CsPbBr3纳米晶的

PXRD图，插图显示了在可见光和紫外光(365nm)照射下相应胶

体分散液样品的照片；

左图：比与前驱体浓度的关系图；右图：具有不同

b:Ce/PbCeBr3

比的掺杂和未掺杂的纳米晶的紫外可见吸收光

Ce/PbCsPbBr3

谱；

左图：具有不同比掺杂和未掺杂的纳米晶的

c:Ce/PbCsPbBr3PL

光谱（在激发），右图：与前驱物浓度关系

365nmPLQYCeBr3

图。

图3:对被调制的PL动力学的机理解读

a

3.27(1)ps

QS

0疗;)

EO

)E

_)

B

U_

6ue

s一so

4<

125.63(9)psH

450500550600450500550600

Wavelength(nm)Wavelength(nm)

b

10-PA23.12(2)ps

1O5

Q

Q0-o

l

u

3--io-)

.15R

-------2ps-30u

5psg

-20-——22pss

PB2

-------50ps23.05(13)ps

1-30-200ps

PB1-------1ns

8ns

450500550600450500550600

Wavelength(nm)Wavelength(nm)

8

S(

(90,i

%80,l

)7)①

70E

A60

g50'5

d40u

33.o

卜12.5

0-10~203040^

CeBrratio(%)

a:未掺杂Ce3+的CsPbBr3纳米晶的fs-TA谱（左）及其衰减关联

港分析（右）；

b:掺杂Ce3+的CsPbBr3纳米晶的fs-TA谱（左）及其衰减关联谱

分析（右）；

所涉及的光物理过程和机制的示意图，其中、、和

c:VBCBXiXn

分别表示价带、导带、最低激子态和较高激子态，TS表示带隙陷阱

态，而星号则表示CB带边附近由Ce3+掺杂所引起的态；

平均寿命与结果的趋势比较（横坐标是按比率

d:PLPLQYCeBr3

所给的掺杂浓度）。

图基于3掺杂纳米晶的结

4:Ce+CsPbBr3LED

SCOGOO653700