基于多組分的WLED結(jié)構(gòu)的特點

一直以來WLED在固態(tài)發(fā)光領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，用于商業(yè)化的WLED具有顯示指數(shù)不足和顏色不穩(wěn)定等缺點，這阻礙了其商業(yè)應(yīng)用。最近，來自鄭州大學(xué)的單崇新&史志鋒團隊及其合作團隊吉林大學(xué)的張立軍團隊通過采用將具有寬帶發(fā)射與STE特征的Cs3Cu2I5和CsCu2I3結(jié)合，實現(xiàn)了高CRI和穩(wěn)定性的WLED。并且展示一系列冷/熱可調(diào)諧WLED，其最大亮度為145 cd/m-2，外部量子效率為0.15％，實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的91.6的高CRI。

白光發(fā)光二極管（WLED）在固態(tài)照明技術(shù)中尤為重要，它具有顯著減少溫室氣體排放并降低能耗的潛力。WLED通常分為兩類，即，磷光轉(zhuǎn)換的WLED和電驅(qū)動的WLED。目前，主要通過將藍(lán)光LED芯片與黃光磷光粉組合來制造磷光轉(zhuǎn)換WLED。然而，大多數(shù)下轉(zhuǎn)換黃光磷光粉包含稀土元素，例如Ce3+或Eu2+，它們的潛在供應(yīng)風(fēng)險和價格上漲是未來大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化的障礙。此外，由于熱猝滅，散射和光漂白，這種類型的體系結(jié)構(gòu)容易遭受能量損失。相比之下，電驅(qū)動的WLED依靠直接將電荷載流子注入發(fā)光層而沒有能量損失，從而允許充分利用簡單的溶液處理來實現(xiàn)高效率的白光光源。

另外，高品質(zhì)的白光具有良好的顯色指數(shù)（CRI），是真實還原物體顏色，創(chuàng)造舒適健康的氛圍的迫切需要。對于諸如電影攝影，美術(shù)館，攝影，外科手術(shù)和珠寶等對色彩要求很高的應(yīng)用，需要高于90的CRI。從器件的角度來看，實現(xiàn)具有高CRI的白色電致發(fā)光（EL）所涉及的關(guān)鍵問題是發(fā)射層的合理設(shè)計，其中使用兩個或三個不同的發(fā)射波長發(fā)射器無疑是填充整個可見光光譜的替代策略。

通常，基于多組分的WLED結(jié)構(gòu)的特點是具有較寬的色彩空間，因此可以產(chǎn)生良好的顯色性。通過使用多組件策略，近年來已目睹了這一領(lǐng)域的快速發(fā)展。例如，Lee的小組報告了一種高效的有機WLED，其通過使用兩個互補色（天藍(lán)色和橙紅色）小分子作為發(fā)光層，具有良好的白光質(zhì)量。Wang等人在寬帶隙聚芴聚合物中將三種彩色（藍(lán)色，綠色和紅色）熒光色團用作白光發(fā)射層，以制造具有85的高CRI的全聚合物WLED。通過混合四色（藍(lán)色，青色，黃色和紅色），Bae和同事們將重量比為9：1：1：1的CdSe/ZnS量子點用作白色發(fā)射層，實現(xiàn)了具有93的超高CRI的高性能WLED。

盡管如此，仍然存在一些局限性多組件策略的缺點，需要認(rèn)真對待。例如，以特定比例混合具有不同顏色的多個發(fā)射器會使裝置的制備變得復(fù)雜，并增加成本。由于發(fā)射器的降解速率不同，以及光子自吸收引起的效率損失，顯色性將隨運行時間而變化。最近，一些研究人員提出了一種單組分策略，通過使用寬帶發(fā)射的C3N2H12PbBr4，C4N2H14PbBr4，（C4N2H14Br）4SnBr6和Cs2AgInCl6雙鈣鈦礦作為白光發(fā)射體，解決混合組分的光子自吸收和顏色不穩(wěn)定性問題。不幸的是，單組分白光發(fā)射器總是遭受低CRI的困擾，并且也缺乏冷/暖白光調(diào)節(jié)來匹配日光下的變化，因為很難單獨調(diào)節(jié)不同波長下的發(fā)射比例。此外，一些候選材料包含重金屬鉛，這對環(huán)境和人類都有毒。因此，從應(yīng)用角度來看，這種單組件策略不適合高端WLED生產(chǎn)。相反，如果可以消除多組件策略獨有的共同缺點，則它可能會更具優(yōu)勢。

圖1.銅基三元鹵化物熱力學(xué)穩(wěn)定性和發(fā)光的第一性原理計算。a）CsCu2I3和Cs3Cu2I5（藍(lán)色，Cs;紫色，Cu;綠色，I;紫色多面體，［Cu2I3］?四面體和［Cu2I5］3?四面體）的晶體結(jié)構(gòu)。b）銅基三元鹵化物分解成二元化合物CsI和CuI的相穩(wěn)定性。CsCu2I3和Cs3Cu2I5均位于凸包上，表明它們的熱力學(xué)條件穩(wěn)定。c，d）分別為CsCu2I3和Cs3Cu2I5的STE工藝的配置坐標(biāo)圖。e）在室溫下測量的CsCu2I3和Cs3Cu2I5薄膜的吸收和PL光譜。

圖2.白色發(fā)射CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的定向合成。a）CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的制備過程示意圖。右窗格顯示了在UV光（254 nm）照射下的膠片照片。b）CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合膜的XRD圖譜，c）吸收和PL光譜，以及d）SEM圖像。e）顯微鏡熒光結(jié)果在兩個點處捕獲，如圖2d所示。f）從斑點A和斑點B測量的PL衰減，以及它們分別與純Cs3Cu2I5和CsCu2I3的比較。

圖3. CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的冷/暖白光調(diào)整。a）在紫外線照射下，以不同的CsI/CuI摩爾比制備的CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的粉末和薄膜的照片。b）具有不同CsI/CuI摩爾比的CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的吸收光譜和PL光譜。c）具有不同的CsI/CuI摩爾比的CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的CIE顏色坐標(biāo)。d）CRI為91.6的工作設(shè)備的典型照片。

圖4. CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料白光發(fā)射器的穩(wěn)定性。a）在20至100 °C的不同溫度下對CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行測量。b）在兩個代表性的溫度點（20和100 °C）下對復(fù)合材料進(jìn)行十次加熱/冷卻循環(huán)測試。c）用CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合材料連續(xù)紫外光照射62 h的光穩(wěn)定性研究。插圖顯示了在紫外線照射之前和之后的樣品照片。d）在空氣環(huán)境中，在不同的儲存期，復(fù)合材料的PL光譜演變。

圖5. 基于CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合膜的電動WLED。a）以CsCu2I3@Cs3Cu2I5復(fù)合膜為發(fā)光層的電動WLED的示意圖結(jié)構(gòu)。b）由四個發(fā)射單元組成的裝配好的設(shè)備的照片。c）電流密度-電壓-亮度曲線，以及d）使用不同的CsI/CuI摩爾比制造的器件的EL光譜。（d）的插圖顯示了該設(shè)備從冷白光到暖白光的一系列白光照片。e）在不同的施加電壓下三個WLED的EQE。插圖顯示三個設(shè)備的CIE顏色坐標(biāo)。f）WLED在運行時間內(nèi)的亮度變化。

總之，基于將兩種寬帶發(fā)光材料組裝在一起的想法，作者已經(jīng)成功展示了高CRI和穩(wěn)定的電驅(qū)動WLED。在第一性原理熱力學(xué)計算的推動下，通過一種簡便的一步法合成了黃色發(fā)光的CsCu2I3和藍(lán)色發(fā)光的Cs3Cu2I5的銅基鹵化物。通過方便地更改CsI/CuI前驅(qū)體的混合比例和激發(fā)光波長，復(fù)合材料在冷/暖白光調(diào)諧下顯示穩(wěn)定的白光發(fā)射。通過將此類白光復(fù)合材料用作發(fā)射器，成功地制造了一系列冷/暖可調(diào)諧WLED，其最大亮度為145 cd/m-2，EQE為0.15％，并實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的91.6的高CRI。更重要的是，WLED在空氣環(huán)境中表現(xiàn)出強大的工作穩(wěn)定性，可產(chǎn)生約238.5分鐘的長T50。此類具有組裝的寬帶發(fā)射STE的銅基鹵化物復(fù)合材料的無毒，高顯色性和良好的穩(wěn)定性，可使其在下一代照明技術(shù)中具有廣闊的前景。