Fluolab【Adv.Mater.】27.9%的突破！石墨烯量子点助力纯红钙钛矿LED迈向稳定高效新纪元
[!INFO] ✨文章标题：Stable and Efficient Pure-Red Perovskite Light-Emitting Diodes ✉️作者：Zhenwei Ren &Yu Chen 等 📚期刊：Advanced Materials 🔗链接：https://doi.org/10.1002/adma.202515053
钙钛矿材料因其优异的光电性能，在发光二极管（LED）领域展现出巨大潜力。尤其是纯红光钙钛矿LED（PeLEDs），作为实现全彩显示的关键一环，其性能提升一直是科研热点。本文介绍了一项突破性研究：通过引入多功能石墨烯量子点（GQDs），成功解决了混合卤素钙钛矿中的成分异质性与卤素离子迁移问题，实现了高达27.9%的外量子效率（EQE）与超过110小时的稳定寿命，堪称纯红PeLED领域的里程碑。
一、纯红PeLED的挑战与瓶颈
钙钛矿材料具有可调带隙、窄发射谱、高光致发光量子效率（PLQY）及高载流子迁移率等优势，使其在LED领域备受关注。然而，纯红光（620–650 nm）PeLED的实现仍面临两大技术难题：
- 成分异质性：在溶液制备过程中，Br/I混合卤素钙钛矿易形成不均匀的卤素分布，导致发光色彩不纯，甚至出现非辐射损耗。
- 卤素离子迁移：低迁移激活能使得Br/I离子在电场作用下易迁移，造成光谱漂移与器件不稳定。
尽管已有研究尝试通过尺寸调控、陷阱钝化、晶化过程管理等手段缓解上述问题，但始终难以同时解决成分均匀性与离子迁移的双重挑战。
二、石墨烯量子点的引入：三重机制协同作用
本研究提出将表面富含氨基（─NH₂）与羰基（C═O）官能团的GQDs引入Br/I混合卤素钙钛矿前驱体中，发挥以下三重机制：
- 成分重构：GQDs通过与Pb²⁺形成强配位作用，打破原有的富I或富Br的Pb卤素络合物，促使形成均一的[PbBrI₂]⁻络合物。
- 相位隔离：GQDs在晶粒边界处分布，阻断不同卤素相的扩散与聚集，提升薄膜均匀性。
- 离子固定：氨基与卤素离子形成氢键，羰基与Pb²⁺配位，有效抑制卤素离子的迁移路径与活性。
通过上述机制，成功实现了钙钛矿薄膜的成分均一化与离子迁移抑制，为高性能纯红PeLED奠定基础。
三、性能飞跃：27.9%效率与110小时寿命
在器件结构方面，研究采用ITO/PEDOT:PSS/poly-TPD/perovskite/TPBi/LiF/Al的标准配置。与传统器件相比，GQDs修饰后的PeLED展现出显著性能提升：
- 发光纯度：电致发光（EL）峰值位于640 nm，符合Rec. 2020显示标准（0.708, 0.292），全宽半高（FWHM）仅为34 nm。
- 效率提升：EQE高达27.9%，远超传统器件的17.3%，接近理论模拟值28.4%。
- 寿命延长：在100 cd/m²亮度下，器件寿命（T₅₀）达到110.3小时，是未修饰器件的近8倍。
- 光谱稳定性：在不同电压与电流密度下，EL峰值保持稳定，无明显漂移，充分验证了离子迁移的有效抑制。
此外，器件在微米级像素阵列中也表现出优异的均匀性，支持高分辨率显示应用（如VR、3D显示）。 
四、机制验证：多维表征揭示GQDs作用本质
研究通过多种表征手段深入揭示GQDs的作用机制：
- 质谱与紫外吸收：证实GQDs促使Pb卤素络合物向[PbBrI₂]⁻转化，形成均一前驱体。
- XPS与FTIR：观察到Pb 4f、I 3d、O 1s等能级变化，验证GQDs与钙钛矿间的配位与氢键作用。
- TRPL与PLQY：非辐射复合显著减少，PLQY由66%提升至95%，载流子寿命显著延长。
- 迁移能测定：离子迁移激活能由0.14 eV提升至0.40 eV，为目前报道中最高之一。
这些结果共同证明，GQDs不仅改善成膜质量，更在微观层面有效调控钙钛矿的化学与物理行为。 
五、结语：迈向实用化的关键一步
本研究首次实现了在混合卤素钙钛矿中同时解决成分异质性与离子迁移问题，推动纯红PeLED向高效率、高稳定性方向迈进。通过引入多功能GQDs，不仅提升了器件性能，更为钙钛矿光电器件的实用化提供了可行路径。
未来，GQDs的应用有望拓展至蓝光、绿光甚至白光钙钛矿LED，以及光伏、光探测等领域，成为钙钛矿材料工程的重要工具。