ブルーペロブスカイトLED性能強化新戦略

May, 8, 2024, Hefei--中国科学技術大学(USTC)の崔林松教授の研究チームは、ケンブリッジ大学のSamuel D. Stranks教授のチームと協力して、ペロブスカイト材料をベースにした青色発光ダイオード(LED)の性能を向上させるための新しい戦略を考案した。
研究成果は、2024年1月26日付けでNature Photonics誌のオンライン版に掲載された。

ペロブスカイトLEDは、その優れた発光特性と費用対効果により、照明やディスプレイの有望な次世代技術として浮上した。緑色、赤色、近赤外ペロブスカイトLEDは大きな進歩を遂げているが、青色ペロブスカイトLEDの開発は遅れており、この分野では大きなボトルネックとなっている。

この課題に対処するため、研究チームは、複数の荷電共鳴形態と動的な電子状態を持つ多機能イオン添加剤である塩化ビス(トリフェニルホスフィン)イミニウムクロリド(PPNCl)を設計した。この化合物は、ペロブスカイト相の組成と分布を正確に制御し、非放射再結合チャネルとイオンマイグレーションを効果的に抑制し、青色ペロブスカイトLEDsの効率と安定性を大幅に向上させる。

PPNClは、水素結合を介してペロブスカイトの成分と相互作用し、結晶化プロセスに影響を与え、発光効率を高めた高次元相への移行を促進する。さらに、過渡吸収(TA)分光法により、PPNClは低次元相から高次元相へのエネルギー移動プロセスを加速し、低次元相での非放射再結合による不完全なエネルギー移動とエネルギー損失を抑制することが明らかになった。

さらに、PPNCl分子はペロブスカイト成分と配位して静電相互作用を示し、ペロブスカイト膜の欠陥を効果的に不動態化し、ハロゲン化物イオンの移動を抑制し、ペロブスカイト膜の発光効率とスペクトル安定性を大幅に向上させる。

PPNClがペロブスカイトの相分布、欠陥状態、イオンマイグレーションを効果的に制御することで、高効率で安定した青色ペロブスカイトLEDsが実現した。これらのデバイスは、21.4%(483nmでの発光ピーク)のピーク外部量子効率(EQE)を示し、これまで青色ペロブスカイトLEDsで達成された最高効率をマークする。さらに、デバイスの安定性が約30倍向上した。

この革新的な成果は、青色ペロブスカイトLEDの性能をさらに向上させる道を開き、ペロブスカイトLED技術の目覚ましい進歩を示している。