近日,中国科学技术大学姚宏斌课题组基于新型铜碘杂化团簇,构筑出低成本、高效率、高亮度暖白光发光二极管(LED)器件。得益于所设计的铜碘杂化团簇具备的高构型熵、高发光效率和宽光谱发射等特性,研究实现了高效暖白光LED器件无掺杂、低成本、大面积的溶液法涂布制备,这是非铅金属卤化物LED领域的新突破。相关研究成果以High efficiency warm-white light-emitting diodes based on copper–iodide clusters为题,发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)上。
鉴于此,课题组基于铜碘杂化团簇体系,设计和制备了一类可用于溶液加工的宽光谱发射杂化团簇并构建了高性能暖白光LED器件(图1)。研究通过同时引入氮膦螯合配体和高自由度的含膦增溶配体对铜碘团簇进行修饰,得到了兼具高发光效率和高溶解度的铜碘杂化团簇。该团簇在LED器件制备所使用的交叉溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中表现出超过200mg/mL的高溶解度和良好的结构稳定性。使用铜碘团簇/DMF溶液进行旋涂制备得到的发光薄膜具有0.22 nm的低表面粗糙度和超过70%的高发光量子产率,将其直接作为发光层,能够通过正交溶剂路线制备低成本的暖白光LED器件。研究所得器件最大外量子效率达到19.1%,亮度超过40000 cd m-2,且工作寿命超过232小时(T50@100 cd m-2)。同时,得益于团簇良好的溶液加工性能,研究通过大规模刮涂技术,构筑了工作面积为36 cm2的大尺寸溶液法LED器件。该器件展现出亮度接近60000 cd m-2的暖白光发射(图2)。此外,通过在氮膦螯合配体的氮杂环上修饰不同的供电子基团,课题组展示了一系列发光颜色可调的溶液法LED器件(图3)。该工作实现了基于铜碘杂化团簇材料的高效、高亮度暖白光LED器件的构筑。铜碘杂化团簇材料体系所具备的结构可拓展性以及光谱可调节性使其在低成本高性能LED面板等固态照明技术中展现出潜力。