近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌課題組基于新型銅碘雜化團(tuán)簇，構(gòu)筑出低成本、高效率、高亮度暖白光發(fā)光二極管（LED）器件。得益于所設(shè)計(jì)的銅碘雜化團(tuán)簇具備的高構(gòu)型熵、高發(fā)光效率和寬光譜發(fā)射等特性，研究實(shí)現(xiàn)了高效暖白光LED器件無摻雜、低成本、大面積的溶液法涂布制備，這是非鉛金屬鹵化物L(fēng)ED領(lǐng)域的新突破。相關(guān)研究成果以High efficiency warm-white light-emitting diodes based on copper–iodide clusters為題，發(fā)表在《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上。?

　　如今LED照明技術(shù)和產(chǎn)業(yè)取得了發(fā)展。其中，溶液法涂布制備的LED器件因制造工藝簡單和可操作性強(qiáng)，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)下一代大面積固態(tài)照明的低成本技術(shù)路線。目前，基于鉛鹵化物鈣鈦礦材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料以及各種膠體核殼量子點(diǎn)材料的溶液法LED器件，逐步實(shí)現(xiàn)了較高的電致發(fā)光性能。然而，鉛鹵化物鈣鈦礦和CdSe量子點(diǎn)等含有重金屬材料具備一定的生物毒性因而面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境問題；基于低毒金屬元素的有機(jī)發(fā)光分子，InP量子點(diǎn)以及ZnSe量子點(diǎn)等材料的溶液法LED器件由于材料合成制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，使得其在大規(guī)模制造方面仍面臨較多問題。因此，制備和開發(fā)價(jià)格低廉、環(huán)境低毒且易規(guī)模化生產(chǎn)的高效發(fā)光材料并實(shí)現(xiàn)高效溶液法LED器件是發(fā)展低成本固態(tài)照明的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

　　鑒于此，課題組基于銅碘雜化團(tuán)簇體系，設(shè)計(jì)和制備了一類可用于溶液加工的寬光譜發(fā)射雜化團(tuán)簇并構(gòu)建了高性能暖白光LED器件（圖1）。研究通過同時(shí)引入氮膦螯合配體和高自由度的含膦增溶配體對銅碘團(tuán)簇進(jìn)行修飾，得到了兼具高發(fā)光效率和高溶解度的銅碘雜化團(tuán)簇。該團(tuán)簇在LED器件制備所使用的交叉溶劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中表現(xiàn)出超過200mg/mL的高溶解度和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。使用銅碘團(tuán)簇/DMF溶液進(jìn)行旋涂制備得到的發(fā)光薄膜具有0.22 nm的低表面粗糙度和超過70%的高發(fā)光量子產(chǎn)率，將其直接作為發(fā)光層，能夠通過正交溶劑路線制備低成本的暖白光LED器件。研究所得器件最大外量子效率達(dá)到19.1%，亮度超過40000 cd m-2，且工作壽命超過232小時(shí)（T50@100 cd m-2）。同時(shí)，得益于團(tuán)簇良好的溶液加工性能，研究通過大規(guī)模刮涂技術(shù)，構(gòu)筑了工作面積為36 cm2的大尺寸溶液法LED器件。該器件展現(xiàn)出亮度接近60000 cd m-2的暖白光發(fā)射（圖2）。此外，通過在氮膦螯合配體的氮雜環(huán)上修飾不同的供電子基團(tuán)，課題組展示了一系列發(fā)光顏色可調(diào)的溶液法LED器件（圖3）。該工作實(shí)現(xiàn)了基于銅碘雜化團(tuán)簇材料的高效、高亮度暖白光LED器件的構(gòu)筑。銅碘雜化團(tuán)簇材料體系所具備的結(jié)構(gòu)可拓展性以及光譜可調(diào)節(jié)性使其在低成本高性能LED面板等固態(tài)照明技術(shù)中展現(xiàn)出潛力。

　　研究工作得到國家杰出青年科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金、中國科大原創(chuàng)探索項(xiàng)目、中國科大“雙一流”專項(xiàng)基金的支持。

　　論文鏈接?

圖1.高效暖白光溶液法LED器件的構(gòu)筑?

圖2.刮涂法制備大面積暖白光LED器件?

圖3.光譜可調(diào)的溶液法LED器件?