蓝光准二维钙钛矿结晶动力学调控及其电致发光器件研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0075

人工晶体学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (7): 1132-1145.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0075

蓝光准二维钙钛矿结晶动力学调控及其电致发光器件研究

于牧冰¹^,²(), 高岗¹^,²(), 赵勇彪³(), 朱嘉琦¹^,²

^1.哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室，哈尔滨 150001
^2.哈工大郑州研究院，郑州 450000
^3.云南大学物理与天文学院，云南省高校光电子器件工程重点实验室，昆明 650500

收稿日期:2025-04-13 出版日期:2025-07-20 发布日期:2025-07-30
通信作者: 高岗，博士，副教授。E-mail：gaogang@hit.edu.cn;赵勇彪，博士，教授。E-mail：yzhao@ynu.edu.cn
作者简介:于牧冰（1998—），男，黑龙江省人，博士研究生。E-mail：mubingyu1998@163.com
高岗，哈尔滨工业大学航天学院副教授，中国材料学会极端条件材料与器件分会青年委员。主要从事光电子器件的相关研究，在Science Buletin、Journal of Materials Science & Technology、Materials Today Physics等高水平国际知名期刊发表论文30余篇，位于JCR一区和二区的论文占比88%以上，申请及授权发明专利9项。获省部级一等奖一项，日内瓦发明展专利金奖1项，银奖1项。担任Innovation、Surface Science and Technology、《低温与真空》《材料导报》及《表面技术》《材料保护》等期刊青年编委。承担及参与国家部委项目15项，参编英文专著Materialsce for Land， Air， and Space Transportation 1部。
赵勇彪，云南大学教授，入选国家高层次人才青年项目。主要从事基于有机半导体和胶体量子点的光电功能材料与器件的研究，在Nature Photonics、Advanced Materials、Nature Communications、Nano Energy等期刊上发表SCI学术论文90余篇，h-index为42。
基金资助:
国家重点研发计划青年科学家项目(2024YFB3816100);国家自然科学基金(52302172);国家自然科学基金(61905206);国家自然科学基金(12364054);国家自然科学基金(11804294)

Research on Crystallization Kinetics Regulation of Blue Quasi-2D Perovskites and Their Application in Electroluminescent Devices

YU Mubing¹^,²(), GAO Gang¹^,²(), ZHAO Yongbiao³(), ZHU Jiaqi¹^,²

^1.National Key Laboratory of Special Environment of Composite Technology，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China
^2.Zhengzhou Research Institute，Harbin Institute of Technology，Zhengzhou 450000，China
^3.Key Laboratory of Yunnan Provincial Higher Education Institutions for Optoelectronics Device Engineering，School of Physics and Astronomy，Yunnan University，Kunming 650500，China

Received:2025-04-13 Online:2025-07-20 Published:2025-07-30

摘要/Abstract

摘要： 蓝光钙钛矿电致发光器件凭借优异的色纯度和低成本制备优势，在全彩显示与白光照明领域具有重要应用价值。准二维钙钛矿因卓越的光学性能与结构调控特性，展现出广阔的应用前景，然而，其晶体动力学调控对薄膜质量及发光性能的优化具有决定性影响。本文综述了蓝光准二维钙钛矿的光学特性与光物理性质，重点探讨了通过成分调控、添加剂工程、后处理工艺及界面修饰等手段对其结晶过程的调控策略。研究表明，精确调控准二维钙钛矿的晶体动力学不仅有助于提升薄膜的均匀性和荧光量子产率，还能显著改善器件的外部量子效率和运行稳定性。本文对当前研究的局限性问题进行了分析，并展望了未来高效率、高亮度、长期运行稳定的蓝光钙钛矿电致发光器件的发展方向，为后续研究提供了参考。

关键词: 准二维钙钛矿; 蓝光电致发光器件; 组分调控; 添加剂工程; 后处理工艺; 界面修饰; 光电性能

Abstract: Blue perovskite electroluminescent devices offer outstanding color purity and cost-effective fabrication， making them highly promising for applications in full-color displays and white light illumination. Quasi-two-dimensional （quasi-2D） perovskites， owing to their outstanding optical properties and structural tunability， have showed broad application prospects. However， the regulation of their crystallization kinetics is critical for optimizing film quality and luminescent performance. This review summarizes the optical and photophysical characteristics of blue quasi-2D perovskites， with a particular focus on strategies for controlling their crystallization behavior through component management， additive engineering， post-treatment technology， and interfacial modification. Studies demonstrate that precise control crystallization kinetics of quasi-2D perovskites can significantly enhance uniformity and photoluminescence quantum yield of the films， while also improving the external quantum efficiency and operational stability of the devices. Finally， the paper analyzes the current challenges and limitations in this field， and provides a perspective on future development directions toward high-efficiency， high-brightness， and long-lifetime blue perovskite electroluminescent devices， offering theoretical insights and technical guidance for future research.

Key words: quasi-2D perovskite; blue electroluminescent device; component management; additive engineering; post-treatment technology; interfacial modification; optoelectronic property

中图分类号:

TB34

于牧冰, 高岗, 赵勇彪, 朱嘉琦. 蓝光准二维钙钛矿结晶动力学调控及其电致发光器件研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(7): 1132-1145.

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图/表 8

图1 （a）蓝光准二维钙钛矿晶体结构示意图；（b）准二维钙钛矿量子阱中能量传输路径示意图［23］；（c）常见的载流子传输层和发光层能带结构示意图［30］

Fig.1 （a） Schematic diagram of blue quasi-2D perovskite crystal structure，（b） schematic diagram of energy transfer pathways in quasi-2D perovskite quantum well［23］，（c） energy band structure schematic diagram of common carrier transport layer and light-emitting layer［30］

图2 （a）形成蓝光准二维钙钛矿中间n值相示意图［32］；（b）原始和（c） GA10钙钛矿薄膜的TA光谱［33］；（d） PEA2（Rb x Cs1-x ）2Pb3Br10钙钛矿的紫外-可见吸收和稳态PL光谱［34］；（e） CsPbBr3、Cs0.75EA0.25PbBr3和Cs0.5EA0.5PbBr3的电子态密度（DOS）［35］

Fig.2 （a） Schematic diagram representing the strategy adopted to form intermediate n phases for blue emission［32］， TA spectra of pristine （b） and GA10 perovskite film （c）［33］，（d） UV-Vis absorption and steady-state PL spectra of PEA2（Rb x Cs1-x ）2Pb3Br10［34］，（e） electronic density of states （DOS） of CsPbBr3， Cs0.75EA0.25PbBr3， and Cs0.5EA0.5PbBr3［35］

图3 （a） PEA2Cs1.5Pb2.5Br8.5中添加0%~60% IPABr的PL光谱［36］；（b） PEA2Cs1.5Pb2.5Br8.5中添加0%和40% IPABr的TA光谱［36］；（c） CsPbClBr2中比例不同的DPPABr和PEABr薄膜的GIWAXS的积分强度［37］；（d） P-PDABr2调控相组分示意图［38］；不同配体处理的准二维钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱（e）和PL光谱（f）［39］

Fig.3 （a） PL spectra of perovskite PEA2Cs1.5Pb2.5Br8.5 with 0%~60% IPABr additive［36］，（b） TA spectra of PEA2Cs1.5Pb2.5Br8.5 with 0% and 40% IPABr［36］，（c） the integrated intensity-q relations of GIWAXS patterns for the CsPbClBr2 nanocrystal films with different ratios between DPPABr and PEABr［37］，（d） schematic diagram of low-dimensional components engineering of P-PDABr2［38］， UV-Vis spectra （e） and PL spectra （f） of different ligand treated quasi-2D perovskite film［39］

图4 对照（a）和8%-PPNCl（b）蓝光准二维钙钛矿薄膜的GIWAXS图像［40］；（c）对照和DFBP改性钙钛矿的缺陷钝化和相调控示意图［41］；（d）原始结构、含有氯离子空位和通过C＝O基团修复的钙钛矿的PDOS曲线［42］；（e）原始结构、含有Pb-Cl反位缺陷和—OH修复的钙钛矿的PDOS曲线［42］；（f）GABA和PEA与PbBr2配位结合到表面的示意图和 DFT 计算的失稳能［43］

Fig.4 GIWAXS images of control （a） and 8%-PPNCl （b） blue quasi-2D perovskite film［40］，（c） schematic diagram of defect passivation and low-dimensional phase regulation of DFBP in the pristine and target perovskites［41］，（d） PDOS curves of the pristine perovskite， perovskite containing a chloride vacancy and renovated by C＝O group［42］，（e） PDOS curves of the pristine perovskite， perovskite containing a lead-chloride defect and renovated by hydroxy group［42］，（f） schematic and DFT calculated destabilization energy of PbBr2 coordinated with GABA and PEA binding to the surface［43］

图5 （a）对照和含20% NaBr的准二维钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱和PL光谱［44］；对照（b）和含20% NaBr（c）的准二维钙钛矿薄膜的TA光谱［44］；（d）在准二维钙钛矿中添加Na+重新构建相分布的示意图［44］；旋涂在原始和碱金属离子处理的PEDOT∶PSS薄膜上的准二维钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱（e）和TRPL曲线（f）［45］；（g）掺入卤化锂的蓝光、绿光和红光钙钛矿薄膜的PLQY［46］

Fig.5 （a） UV-Vis absorption and PL spectra of quasi-2D perovskite films without and with 20% NaBr［44］， TA spectra UV-Vis of quasi-2D perovskite films without （b） and with 20% NaBr （c）［44］，（d） schematic illustrated the rearrangement of phase distribution by adding Na+ in quasi-2D perovskites［44］， UV-Vis absorption spectra （e） and TRPL curves （f） of quasi-2D perovskite films spin-coated on pristine and alkali-treated PEDOT∶PSS films［45］，（g） PLQY of LiX incorporated blue， green， and red perovskite films［46］

图6 对照（a）和DMSO蒸汽处理（b）的准二维钙钛矿薄膜的原位GIWAXS图像［47］；（c）DMSO蒸汽处理后准二维钙钛矿薄膜相分布重构及能量转移示意图［47］；（d）对照和热梯度处理的钙钛矿薄膜垂直方向相分布示意图［48］；对照（e）和热梯度处理（f）的钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱和归一化PL光谱［48］

Fig.6 In-situ GIWAXS images for the control （a） and DMSO steam-treated （b） quasi-2D phases of perovskite film［47］，（c） schematic illustration of the suppressed energy transfer losses for the rearranged phase distribution［47］，（d） schematic diagrams of the vertical domain distribution in the control and target film［48］， the absorption and normalized PL spectra of the control （e） and thermal gradient treated （f） quasi-2D perovskite film［48］

图7 （a）CsCl掺杂重构准二维钙钛矿相分布示意图［50］；未掺入（b）和掺入（c）CsCl的准二维钙钛矿薄膜特定波长下的TA动力学曲线［50］；对照（d）和TEOS改性（e）的PVK层上生长的准二维钙钛矿薄膜在不同退火时间下的GIWAXS衍射图像［51］

Fig.7 （a） Schematic diagram of rearrangement of the phase distribution of quasi-2D perovskites after CsCl diffusion［50］， TA kinetics probed at selected wavelengths in quasi-2D perovskites without （b） and with （c） CsCl incorporation［50］， GIWAXS diffraction patterns of perovskite films on pristine （d） and TEOS-modified （e） PVK layers at different annealing times［51］

图8 对照（a）和PS改性（b）的PEDOT∶PSS层上生长的准二维钙钛矿薄膜的GIWAXS图像［52］；对照和PS改性钙钛矿薄膜的稳态PL光谱（c）和PLQY（d）［52］；（e）PBA+/Cs+与［PbBr6］4-结合形成钙钛矿结构的示意图［53］；（f）DFT计算PBA+/Cs+与［PbBr6］4-之间的吸收能结果［53］；对照（g）和GASCN改性（h）的钙钛矿膜的GIWAXS图像［53］；原始（i）和自组装分子改性（j）的钙钛矿膜的紫外-可见吸收光谱和TA光谱［54］

Fig.8 GIWAXS images of perovskite films grown on the control （a） and PS-modified （b） PEDOT∶PSS layers［52］，（c） steady-state PL spectra and （d） PLQYs of control and PS-modified perovskite films［52］，（e） schematic illustration of the formation of n-phase due to different absorption energy between the PBA+/Cs+ and ［PbBr6］4-［53］，（f） DFT calculation results of the absorption energy between the PBA+/Cs+ and ［PbBr6］4-［53］， GIWAXS images of pristine perovskite （g） and GASCN modified （h） perovskite film［53］， UV-Vis absorption and TA spectra with different time scales of pristine （i） and modified （j） perovskite films［54］

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蓝光准二维钙钛矿结晶动力学调控及其电致发光器件研究

Research on Crystallization Kinetics Regulation of Blue Quasi-2D Perovskites and Their Application in Electroluminescent Devices

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