【背景介紹】

俄歇效應(yīng)（Auger effect）是使原子、分子成為高階離子的物理現(xiàn)象，伴隨一個(gè)電子能量降低的同時(shí)，另一個(gè)（或多個(gè)）電子能量將增高。功能層界面是影響設(shè)備性能和功能性的重要因素。其中，由于異質(zhì)接觸、注入能量偏移和介電損耗引起的寄生界面效應(yīng)通常是不利的。然而，界面處三載流子相互作用的俄歇效應(yīng)（IAE）可以顯著調(diào)制發(fā)光二極管（LEDs）的導(dǎo)通和驅(qū)動(dòng)電壓使得低能量的載流子足以克服注入勢(shì)壘，從而實(shí)現(xiàn)亞帶隙電壓電致發(fā)光（EL）。這種理想的界面效應(yīng)可以作為內(nèi)置的升壓器并降低各功能層中的壓降，但是其難以捉摸的機(jī)理，在該領(lǐng)域仍然缺乏深入的了解。

鈣鈦礦材料在電致發(fā)光領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，但是它們的離子性特點(diǎn)以及易被破壞的晶格結(jié)構(gòu)尤其是在大偏壓下的加速降解是導(dǎo)致器件衰退的主要原因。就這點(diǎn)而言，近紅外鈣鈦礦LEDs（PeLEDs）由于其較低的驅(qū)動(dòng)電壓而表現(xiàn)出良好的工作穩(wěn)定性，而需要大驅(qū)動(dòng)電壓的綠色和藍(lán)色的鈣鈦礦LEDs的工作壽命相比之下短很多。

【成果簡(jiǎn)介】

基于此，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院的廖良生教授和王照奎教授（共同通訊作者）報(bào)道了PeLEDs中IAE的機(jī)制。基于界面管理方法和界面電流調(diào)制，作者揭露了IAE先決條件和次要條件，其中亞帶隙的二極管閾值電壓（Vth）和合適的界面注入比對(duì)于實(shí)現(xiàn)IAE輔助EL必不可少。研究發(fā)現(xiàn)IAE過(guò)程可以由界面少數(shù)載流子控制，在俄歇界面上過(guò)量或匱乏的少數(shù)載流子注入將導(dǎo)致界面多數(shù)載流子的耗盡或IAE率低。因此，基于上述優(yōu)點(diǎn)，利用IAE輔助的綠色PeLEDs（發(fā)射峰在512 nm）呈現(xiàn)出超低的工作電壓，從而抑制了滾轉(zhuǎn)并改善了工作穩(wěn)定性，半衰期為11.5 h（1000 cd m-2的初始亮度），比受控器件長(zhǎng)幾倍。該研究成果以題為“Auger Effect Assisted Perovskite Electroluminescence Modulated by Interfacial Minority Carriers”發(fā)布在國(guó)際著名期刊Adv. Funct. Mater.上，博士生苑帥、劉慶衛(wèi)為本工作共同第一作者。

【圖文解讀】

圖一、基于不用電子傳輸層PeLEDs的基本結(jié)構(gòu)與電學(xué)特性

（a-b）U-Pe/鈣鈦礦/ETLs的器件結(jié)構(gòu)圖和平帶能級(jí)；

（c-d）U-Pe薄膜和U-Pe/鈣鈦礦堆疊薄膜的AFM圖像；

（e-f）具有不同電子傳輸層的鈣鈦礦LED的J-V和L-V曲線；

（g）J-V曲線的詳細(xì)電信息，包括Vth、漏電和低注入?yún)^(qū)域；

（h）不同器件的理想因子。

圖二、PeLEDs的界面探測(cè)

（a）電子和空穴電流路徑的示意圖；

（b）漏電位置的檢測(cè)方法；

（c）Ir(mdq)2acac（MDQ）、TPBi和氯化膽堿修飾的器件的半對(duì)數(shù)J-V曲線；

（d）MDQ修飾器件的EL光譜；

（e）PVK修飾后的器件和參考的J-V-E曲線；

（f）ZnMgO/ZrO2/鈣鈦礦/ETLs的純電子器件的J-V曲線。

圖三、界面俄歇效應(yīng)的觸發(fā)條件研究

（a）以B4PYMPM作為ETL的電子電流調(diào)制器件的J-V曲線；

（b）具有不同ETLs的電子電流調(diào)制器件的J-V-L曲線；

（c）全部調(diào)制器件的電學(xué)參數(shù)總結(jié)，包括閾值電壓、開啟電壓以及有源層的光學(xué)帶隙；

（d）對(duì)于Vth低于EAOB/e的器件，界面注入比定義為I-MIN/I-MAJ。

圖四、IAE輔助EL的機(jī)理圖

圖五、IAE機(jī)理在器件中的證明

（a-b）具有MDQ界面探測(cè)的基于PO-T2T（50和100 nm）的器件的電壓相關(guān)EL光譜；

（c）三種典型器件的電流效率增益與電壓的關(guān)系；

（d）IAE器件的注入模式圖。

圖六、IAE器件和普通器件的性能總結(jié)

（a）電流密度和亮度與電壓的關(guān)系；

（b）不同偏壓下IAE器件的EL光譜；

（c）器件EQE曲線；

（d）初始亮度為1000 cd m-2時(shí)，器件的使用壽命對(duì)比。

【總結(jié)】

綜上所述，作者探討了IAE的機(jī)理并提出了IAE的前提和次要條件。對(duì)于帶隙為Vth的器件，IAE過(guò)程由界面少數(shù)載波控制。利用IAE輔助的EL，鈣鈦礦LEDs表現(xiàn)出超低的工作電壓，基本可忽略的效率滾降和改善的工作穩(wěn)定性，這主要是由于在功能層中顯著降低的電場(chǎng)強(qiáng)度。總之，本文開發(fā)的策略為增強(qiáng)鈣鈦礦LEDs的穩(wěn)定性提供了一種可行的方法。

文獻(xiàn)鏈接：Auger Effect Assisted Perovskite Electroluminescence Modulated by Interfacial Minority Carriers（Adv. Funct. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adfm.201909222）

本文由CQR供稿。