
钙钛矿发光二极管(PeLEDs)被认为是下一代显示和照明领域最有潜力的应用技术。自2014年首次展示出室温发光的PeLED以来,PeLED的性能在短短几年内迅速提升。绿色、红色和近红外发射器件的外部量子效率(EQEs)已超过20%。
最近,蓝色有机电致发光二极管(PeLEDs)的发光效率(EQEs)已经超过了17%。PeLEDs在性能指标上持续接近最先进的有机发光二极管和量子点LED,并在颜色纯度、材料成本和制备过程方面展示了独特的优势。
尽管PeLEDs取得了惊人的进展,但要实现商业显示应用仍面临几个挑战。
一方面,高性能的PeLED仅能在较小的活性区域内工作。当活性区域扩大时,大面积活性层的高不均匀性成为主要障碍。另一方面,大多数关于PeLED的研究集中在具有单个发射像素的样机设备上。
然而,由于在高分辨率、全彩色钙钛矿阵列图案化策略和设备集成技术方面存在滞后,导致PeLED(钙钛矿光电发光二极管)商业化步骤受到了严重阻碍。此外,高性能的PeLED主要基于刚性基底制备,从而限制了它们潜在的应用场景。钙钛矿材料具有可溶解性特性和固有的机械柔性,为制备基于钙钛矿的柔性光电子器件提供了前景。
在《光:先进制造》期刊上发表的一篇新论文中,由中国南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室、可再生能源转换与储存中心的袁明建教授领导的科学家团队以及合作者总结了关于商业显示应用中PeLEDs的代表性尝试,并讨论了该领域面临的关键挑战以及发展前景。
他们概述了满足消费电子市场和工业生产要求水平所面临的三个重要技术障碍。本次综述涵盖了大面积可穿戴电致发光二极管的制备、可穿戴电致发光二极管的图案制作策略以及柔性可穿戴电致发光二极管装置。
大规模制造PeLED对显示面板具有重要意义。实验室中展示出的高性能PeLED器件通常只拥有几平方毫米的发射区域。当扩大发射区域时,钙钛矿薄膜的结晶度和均匀性减少,导致器件性能不佳。
这些缺点使得PeLEDs在将其出色的电致发光(EL)特性转化为可扩展的生产线方面具有挑战性。为了实现大面积和高通量的器件生产,开发可行的大面积钙钛矿薄膜沉积技术势在必行。这包括改进现有的旋涂法,并采用大规模兼容的沉积技术,如新型刮涂法或蒸发沉积法。
微米或纳米阵列及其制备方法是发展先进集成光电平台的关键。精准且高度集成的像素是将这些新型钙钛矿材料应用于全彩高分辨率显示器的先决条件。人们付出了巨大努力来开发结构化的钙钛矿薄膜,并在激光、超表面和非线性光学器件中展示这些获得的光学薄膜。然而,将图案化的钙钛矿薄膜整合到全彩、高分辨率电致发光器件中仍然具有挑战性。
提供高性能的图案化有机电致发光二极管(PeLEDs)需要与LED器件制造中现有工作流程兼容的图案策略,并实现高光学性能与低电损耗的统一。在本节中,作者们关注尝试将图案化钙钛矿阵列应用于LED器件的努力。他们介绍了高分辨率钙钛矿有机活性层的图案策略。这些策略包括基于掩膜辅助的光刻技术、无掩膜喷墨印刷方法、纳米压印和转印策略。
柔性LED已经成为一种革命性的装置,具有各种潜在的应用领域,如便携式可穿戴显示器和生物医学成像。在本节中,作者们简要介绍了柔性钙钛矿发光层的进展。他们描述了用于柔性和可拉伸装置中钙钛矿发光层的力学性能调控策略。结构优化与材料光电性能之间的关系也得到了解释。他们还回顾了与柔性钙钛矿LED兼容的电极材料,如有结构的金属、导电高分子材料、低维碳材料及其复合材料。
同时,我们还提出了一些综合改进策略,旨在改善这些候选材料的柔韧性、导电性和透光性。此外,我们还探讨了界面和能级的调控,以提高这些电极与钙钛矿活性层的兼容性。