中国台湾阳明交通大学：纳米铜颗粒提高准二维PeLED效率115%！

编辑推荐：在准二维钙钛矿型发光二极管中掺入纳米铜颗粒，以提高器件效率。发光效率最高可提高115%。从光致发光研究中将器件的增强归因于Cu纳米粒子的等离子体效应。该工作可能会引发对用于商业光电子器件的等离子体纳米结构的需求。

基于贵金属的等离子体纳米颗粒(NPs)常用于改善光电子器件的性能。然而，由于其高昂的材料成本，这些纳米结构在商业应用中的广泛使用一直受到阻碍。来自中国台湾阳明交通大学的研究人员使用铜(Cu)这种含量更丰富、成本更低的材料来合成纳米颗粒，并进一步用PVP对纳米颗粒进行封端，以提高它们的环境稳定性。相关论文以题目为“Localized surface plasmon resonance of copper nanoparticles improves the performance of quasi-two-dimensional perovskite light-emitting diodes”发表在Dyes and Pigments期刊上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720821000723?via%3Dihub

有机-无机杂化钙钛矿材料因其具有低激子结合能、高缺陷容限、高吸收系数和低制造成本等优异性能而受到广泛关注。近十年来，钙钛矿型太阳能电池的效率迅速提高，单结的认证效率高达25.5%。基于OIHP材料的其他光电器件，包括发光器件、X射线传感器、光电探测器和激光器，也被广泛研究用于下一代应用。除了光伏器件外，OIHP材料由于其高的光致发光量子产率、高的色纯度和广泛的可调谐发射，在一般照明和显示应用中也非常有前景。第一种钙钛矿型发光器件的效率极低；温度应降至液氮温度才能观察到电致发光。2014年，Tan等人报告了第一批室温PeLEDs。如今，外部量子效率（EQEs）已迅速提高到20%以上。除了优化器件结构外，器件的改进还归因于缺陷的钝化，以及通过限制电子和空穴和使用胶体钙钛矿纳米晶体来提高辐射复合率。然而，EQE值仍然低于其他发光技术，包括有机发光二极管和无机LED。因此，仍然需要开发有效的方法来进一步提高设备效率。

在提高器件性能的众多策略中，等离子体纳米结构的引入被认为是一种有效的方法。目前，只有几项研究报道了等离子体增强PeLEDs。2017年，Zhang等人将银纳米棒引入基于CsPbBr₃的PeLEDs的空穴传输层中；EQE提高了43.4%。作者将这种器件的增强归因于等离子体近场效应导致的辐射复合率的提高。同年，Chen等人。通过将金纳米粒子（NPs）掺入空穴缓冲层，证明了基于CH₃NH₃PbBr₃的PELED的EL性能显著增强。结果，最大EQE提高了97%。作者指出，这种器件的增强可以归因于局域表面等离子体共振（LSPR）和改性材料导电性的增强。2018年，同一小组对基于CsPbBr₃应用了类似的方法，通过防止金属表面直接淬火激子，电流效率提高了86%。基于Si平台，Liu等人。还将金纳米粒子混合到钙钛矿量子点LED的空穴传输层中，以提高器件效率。

大多数用于诱导等离子体效应的金属纳米结构是基于贵金属，包括银和金。然而，这些金属的高成本阻碍了采用等离子纳米结构的产品的商业化。另一方面，铜（Cu）是低成本等离子体电子设备的首选材料。银和金的价格分别比铜高出两个和三个数量级。然而，铜在可见光波长范围内仍具有优良的等离子体特性。利用铜纳米结构最困难的问题是，它们在环境条件下很容易被氧化。为了避免这种不稳定性，最直接的方法是在其表面涂上保护涂层。

图1。本工作中PeLEDs的光电特性。（a）PeLEDs的结构。（b） J-V；（c）B-J；（d）不同浓度Cu-NPs制备的PeLEDs的E-J曲线。

图2.PVP包覆的铜纳米颗粒的表征。(A)铜纳米粒子的透射电镜图像。(B)水中纳米铜的吸收光谱。还展示了嵌入在不同介质环境中的铜纳米颗粒的模拟消光截面，以供比较。插图显示的是NPS粗品的照片。(c，d)沉积在PEDOT：PSS层上的Cu纳米颗粒的EDS元素图谱。

图3.不同条件下制备的钙钛矿型薄膜的发光特性。(A)用不同浓度的纳米铜制备的钙钛矿薄膜的稳态荧光光谱。(B)相应的时间分辨荧光光谱。

图4.不同条件下制备的钙钛矿薄膜的原子力显微镜图像。铜纳米颗粒的浓度：(A)0；(B)1；(C)1.5；(D)2.0；(E)2.5；(F)3.0mgml⁻¹。

在这项研究中，作者合成了聚合物封端的铜纳米颗粒，并用它们在PeLEDs中诱导LSPR。由于Cu的强等离子体效应，器件效率提高了100%以上。（文：爱新觉罗星）