高性能柔性钙钛矿LED的电荷注入及发光特性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872036
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Perovskite light emitting diodes (Pe-LEDs) has a wide application prospect for next-generation high-definition displayer and healthy lighting systems, owing to their outstanding advantage, such as low-cost, simple process and high color quality. Particularly, flexible Pe-LEDs are gaining increasing attentions with the merit of lightweight, bendable, and portable features. It has become a frontier research subject with the rapid improvement in its electro-optical conversion efficiency in very recent years. But the technology is still in the very early stages of development, many key challenges remained for device flexibility. Currently inorganic crystalline semiconductor materials (TiO2, ZnO, etc) are mostly employed in Pe-LEDs as charge injection layer, but which has impeded the developments of flexible Pe-LEDs due to the high fabrication temperature of such materials. Therefore, the development of low temperature (<100oC) oxide film as charge transport layer is the key to realize high performance flexible Pe-LED. In our recent studies, flexible Pe-LEDs were initially achieved based on low temperature sol-gel processed amorphous oxides (SnOx) as electron injection layer. Based on this foundation, in this project, we put forward the study of high performance flexible green Pe-LEDs, where the mixed perovskite layer [APbX3 (A = CH3NH3+、NH(CH3)2+、Cs+ or their mixture,X = I-、Br-、Cl- or their mixture)] was designed as light emitting layer, low temperature sol-gel processed amorphous oxides (SnOx and NbOx) as electron injection layer and inorganic p-type oxide (CuO2,NiOx) as hole injection layer. The project focuses on the balance design of flexible green Pe-LED with matched energy level alignment, the controllable growth and the physical mechanism of high efficient electro-optical conversion. The optimizations of each function layer and interface structures will be thoroughly investigated based on the semiconductor interface engineering and energy band theory, to facilitate the injection and confinement of carrier in the perovskite active layer, and then enhance the luminescent efficiency of flexible green Pe-LEDs. The evolution law and mechanism of the internal interface within Pe-led during electroluminence operation will be systematically studied, and the interface will be optimized accordingly to improve the long-term operation stability of flexible Pe-LEDs. This proposal will break through the existing technical limitations, and provide theoretical foundation and technical support on the study of high-efficiency and stable flexible Pe-LEDs.
钙钛矿型发光二极管(Pe-LED)具有广阔应用前景,柔性Pe-LED因具有质量轻、可弯曲、便携等优点而备受关注。目前Pe-LED的电荷注入层普遍依靠晶态材料,其较高生长温度严重制约了柔性Pe-LED的发展。发展低温(<100度)电荷注入层是实现高性能柔性Pe-LED的关键。本项目提出以混合钙钛矿薄膜为发光有源层,以溶胶-凝胶法低温生长的非晶氧化物作为电荷注入层,构建高性能柔性Pe-LED。电子注入层采用n-型NbOx和SnOx,空穴注入层采用p-型CuOx和NiOx。拟重点研究柔性Pe-LED的电荷注入平衡设计、可控生长及实现高效电-光转换的物理机制。调控各功能层材料及器件界面特性,促进载流子注入和辐射复合,提高器件电光转换效率。研究工作电场下Pe-LED内部由于离子迁移导致的界面退化机制,从而优化界面结构并提高器件稳定性。为柔性Pe-LED的研制提供理论依据和技术支持。

结项摘要

金属卤化物钙钛矿材料受到了学术界和产业界的极大关注。目前钙钛矿太阳电池(PSCs)已成为高效太阳能电池的领跑者和最受期待的下一代光伏技术,此外,钙钛矿发光二极管(Pe-LEDs)具有颜色可调、转换效率高和成本低等优势,有望为显示和固态照明应用利用提供变革型技术支撑。本项目在刚性和柔性钙钛矿材料生长和光电器件领域开展了系统性研究,特别是针对电子传输层低温制备、原位结晶调控、缺陷精准协同钝化、抑制离子迁移和抗弯折可靠性等共性科学难题,提出了一系列原创性解决方案,取得了一系列具有国际影响的原创性研究成果。代表性研究结果及科学意义如下:(1)设计并实现了多种结构不同发光颜色的Pe-LEDs,并通过多种策略(包括钙钛矿材料生长、组成优化、结晶形貌控制、2D/3D维度调控)有效提高了Pe-LEDs器件的电注入发光外量子效率(EQE)和工作稳定性。(2)从器件结构入手,创新性设计并制备出新型叠合结构碳基PSCs(简称SC-PSCs),通过将电荷纵向提取和横向传输解耦,并结合单原子材料解决了相邻功能层之间的能级失配问题,大幅降低电荷转移动力学能量损失。创造了C-PSCs效率国际记录(21.6%)。另外,SC-PSCs还具有制备工艺简单、可反复拆装、方便维护、可大面积制备等突出优势。(3)提出引入微量三价阳离子(Nd3+)间隙位掺杂有效抑制了钙钛矿材料在光照和电场下的离子迁移,且不引起晶格畸变和晶体的长程有序性,显著提高了PSCs器件的工作效率和长期稳定性。(4)缺陷钝化是实现高效稳定PSCs的有效手段,但是钝化剂的选取要非常繁琐的试错过程,提出了表面钝化剂的选取原则,模拟和实验结果都证明当聚合物含有酯基C=O双键时对钙钛矿表面缺陷的钝化效果最好。相关成果相继在国际顶刊发表并得到同行高度认可,项目资助发表期刊论文44篇,主要包括:Nature Energy, Nature Materials, Joule(2篇), Energy&Environmental Science(3篇), ACS Energy Letters(3篇), Nature Communications, Advanced Functional Materials(4篇)等。此外,参与本项目研究生荣获辽宁省优秀博士论文、辽宁省优秀硕士论文等二十余项奖励。项目执行期内荣获辽宁省科技进步二等奖一项。

项目成果

期刊论文数量(43)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Flexible perovskite solar cells with simultaneously improved efficiency, operational stability, and mechanical reliability
柔性钙钛矿太阳能电池同时提高效率、运行稳定性和机械可靠性
  • DOI:
    10.1016/j.joule.2021.04.014
  • 发表时间:
    2021-06-16
  • 期刊:
    JOULE
  • 影响因子:
    39.8
  • 作者:
    Dong, Qingshun;Chen, Min;Shi, Yantao
  • 通讯作者:
    Shi, Yantao
CNT-based bifacial perovskite solar cells toward highly efficient 4-terminal tandem photovoltaics
基于CNT的双面钙钛矿太阳能电池走向高效四端串联光伏发电
  • DOI:
    10.1039/d1ee04008a
  • 发表时间:
    2022-02-08
  • 期刊:
    ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Zhang, Chunyang;Chen, Min;Shi, Yantao
  • 通讯作者:
    Shi, Yantao
Conductive metallic filaments dominate in hybrid perovskite-based memory devices
导电金属丝在基于钙钛矿的混合存储器件中占主导地位
  • DOI:
    10.1007/s40843-019-9433-4
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Science China Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Huang;Zhenxuan Zhao;Chen Wang;Hongbo Fan;Yiming Yang;Jiming Bian;Huaqiang Wu
  • 通讯作者:
    Huaqiang Wu
Critical Role of Organoamines in the Irreversible Degradation of a Metal Halide Perovskite Precursor Colloid: Mechanism and Inhibiting Strategy
有机胺在金属卤化物钙钛矿前体胶体不可逆降解中的关键作用:机制和抑制策略
  • DOI:
    10.1021/acsenergylett.1c02449
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    ACS Energy Letters
  • 影响因子:
    22
  • 作者:
    Qingshun Dong;Wenzhe Shang;Xiaoqiang Yu;Yanfeng Yin;Chen Jiang;Yulin Feng;Jiming Bian;Bo Song;Shengye Jin;Yuanyuan Zhou;Liduo Wang;Yantao Shi
  • 通讯作者:
    Yantao Shi
Interpenetrating interfaces for efficient perovskite solar cells with high operational stability and mechanical robustness.
具有高运行稳定性和机械鲁棒性的高效钙钛矿太阳能电池的互穿界面
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-21292-3
  • 发表时间:
    2021-02-12
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Dong Q;Zhu C;Chen M;Jiang C;Guo J;Feng Y;Dai Z;Yadavalli SK;Hu M;Cao X;Li Y;Huang Y;Liu Z;Shi Y;Wang L;Padture NP;Zhou Y
  • 通讯作者:
    Zhou Y

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  • 通讯作者:
    许露
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    --
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    2011
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  • 作者:
    梁红伟;DU Guo-tong;刘远达;李春野;柳阳;边继明;李国兴;李万程;吴国光
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    吴国光
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    边继明;孙景昌;骆英民;张东;赵佳明;梁红伟
  • 通讯作者:
    梁红伟
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    10.3724/sp.j.1077.2010.10636
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Journal of Inorganic Materials
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    梁红伟;孙景昌;骆英民;孙英岚;边继明;邹崇文
  • 通讯作者:
    邹崇文

其他文献

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氧化锌基结形结构的低成本超声喷雾化学沉积法生长及其缺陷相关光电子特性研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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