近年来,随着互联网数据流量的急剧增加,在数据中心实现高速低成本的光传输技术具有巨大的商业价值[1-5]。为了提高互联数据传输的速度,在单个硅芯片上集成半导体激光二极管、光调制器、多路复用器、波导、光电探测器等的 PIC 的构想应运而生[6-8]。此外,在硅平台上集成 PIC 或光电集成电路 (OEIC) 的硅光子学因具有低成本、大面积衬底的优势以及与先进制造和硅互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造技术的兼容性而引起了极大的兴趣[9]。与最先进的 InP 基 PIC [10-12] 相比,Si 基 PIC 被认为是另一种有前途的节能解决方案,它可以将收发器成本从目前每千兆比特每秒 (Gb/s) 输入/输出 (I/O) 带宽几美元降低到每 Gb/s 不到几美分 [13-15]。最近,尽管片外发光源具有高温性能和高发光效率的优势,但由于封装成本降低和光耦合效率提高,片上光源的重要性得到了强调 [16]。此外,片上光源具有在单个芯片上实现密集集成的潜力,并且在能效和可扩展性方面具有更好的性能。
d 中山大学化学学院生物无机与合成化学教育部重点实验室,广州 510275 基于钙钛矿纳米晶体的发光二极管 (PNCs-LED) 引起了下一代显示和照明技术的极大兴趣,因为它们的色纯度、高亮度和发光效率接近从器件结构中提取电致发光的固有极限。虽然现在是开发有效的光耦合策略以进一步提高器件性能的时候了,但 PNC-LED 的这一技术相关方面仍然没有明确的解决方案。在这里,遵循理论指导并且没有集成复杂的光子结构,我们实现了稳定的 PNC-LED,其 EQE 高达 29.2%(平均 EQE =24.7%),这大大突破了普通 PNC-LED 的耦合限制,并系统地超越了以前任何基于钙钛矿的器件。这种前所未有的性能的关键是引导薄至 10 nm 的 PNC 发射层中的复合区,我们通过使用用镍氧化物层重新表面化的 CsPbBr 3 PNC 精细平衡电子和空穴传输来实现这一点。超薄方法具有普遍性,原则上也适用于其他钙钛矿纳米结构,用于制造高效、颜色可调的透明 LED,非常适合不显眼的屏幕和显示器,并与光子元件的集成兼容,以进一步提高性能。关键词:卤化铅钙钛矿纳米晶体、发光二极管、外部量子效率、光耦合、透明 LED 近几年来,铅因其优越的光学性能和经济实惠的溶液加工性而备受推崇
以重过渡贵金属有机配合物(如Ir(III)的联吡啶配合物)为代表的磷光材料,直到第三代TADF材料(如有机给体-p桥-受体分子)。在电激发下,TADF材料(以非常低的第一激发单重态-三重态能隙(DE ST)为特征的化合物)被热激活,以诱导有效的逆系间窜越(rISC),其中三重态激子转化为单重态激子,从而主要从发射的单重态激发态发光。图1示意性地示出了TADF材料的电致发光过程。与贵金属有机配合物磷光材料相比,TADF材料具有材料空间更大、价格低廉、易于制备和合成、易于制作柔性屏幕以及蓝光发射更稳定的优势。因此,近十年来,作为现代OLED最有前途的电致发光材料,它们得到了实验2,5 - 9 、理论10 - 23 和理论-实验相结合15,24,25的深入研究。基本上,有两类TADF材料得到了认真探索4。第一类是纯有机D - A或D - p - A体系,其电子给体(D)或受体(A)主要由含氮芳香杂环构成。最低激发态通常具有显著的分子内电荷转移(CT)跃迁特性。经过合理的设计和优化,基于此类TADF材料的OLED器件的外量子效率(EQE)甚至可以高达30%。从结构特征上看,由于给体和受体部分之间有足够的空间位阻,最好的发光效率通常对应于扭曲的D – A(或D – p – A)化合物。另一类是电子排布为d 10 的过渡金属(Cu(I)、Ag(I)、Zn(II)等)配合物,它们的最低激发态通常具有明显的金属 – 配体电荷转移(MLCT)跃迁特征。饱和的d 10
有机发光二极管 (OLED) 在过去二十年里彻底改变了显示器行业 1 。尽管被广泛应用,但这些设备仍有很大改进空间,例如,现有技术的能源效率。市场迫切需要更深的红色和更高的色纯度,而传统发射器很难满足这一需求 2、3 。需要一类具有更长波长的新型红色掺杂剂,但简单的能隙定律考虑可以解释,由于非辐射衰减增加导致的效率降低是不可避免的 4、5 。因此,发光效率是商用红色掺杂剂最关键的材料特性。由于发射特性的微小变化往往会加剧效率下降,可能的解决方案是考虑主体-掺杂剂组合以更好地取向过渡偶极矩 6、7 ,或用功能团装饰发射极而不会过度改变发色团支架 8 ,但迄今为止尚未取得决定性的进展。一种潜在的解决方案是采用带有三个双齿配体的杂配体 Ir 配合物,其中两个主要负责发光,一个是支持辅助配体,不直接参与磷光。目标是通过改变辅助配体来消除非生产性衰变途径,从而对发光特性产生最小的影响 9 。在各种红色掺杂剂中,携带双齿苯基吡啶 (ppy) 型配体的 Ir(III) 配合物成为一类重要的发射体 10 ,典型的辅助配体是乙酰丙酮 (acac) 衍生物 2 。尽管使用辅助配体来控制掺杂剂化学行为的前景很诱人,但成功实施涉及辅助配体的合理设计策略却极为罕见 11 。在此采用详细的计算模型,我们发现除了延长 Ir – N 键之外,涉及配位层角度的结构变化也会导致辐射态的不良失活。利用这些精确的计算机模型的见解,我们推导出并通过实验证实了一种通用的设计策略。虽然 DFT 模型不一定准确,但它们提供了易于解释和概念化的精确信息。