西北工业大学王红月、王洪强等《Angew》：刷状聚合物界面助力实现空气中制备大面积蓝光钙钛矿发光二极管

西北工业大学王红月、王洪强团队通过刷状聚合物界面设计，首次在空气中制备出大面积蓝光钙钛矿发光二极管（PeLEDs），相关成果发表于《Angew. Chem., Int. Ed.》。研究提出双向嵌入式锚定策略，利用定制官能团聚合物刷（PEIS）修饰无机空穴传输层（NiOx），同时优化钙钛矿结晶过程与界面载流子注入，突破了空气湿度对器件制备的限制，为钙钛矿显示技术的商业化提供了新方案。研究背景与挑战钙钛矿发光二极管（PeLEDs）因高色纯度、高发光效率等优势，在显示领域具有广阔前景。然而，空气环境中湿度干扰会导致钙钛矿离子晶体动态形成与降解，引发薄膜形态不均匀、缺陷增多等问题，尤其在大面积蓝光器件制备中表现显著。传统方法需在惰性气体保护下操作，成本高且难以规模化生产。因此，开发可在空气中直接制备的高性能蓝光PeLEDs成为关键挑战。核心创新：双向嵌入式锚定策略研究团队提出在无机空穴传输层NiOx中植入两性离子聚合物刷PEIS，通过以下机制实现协同调控：HTL侧调控：PEIS嵌入NiOx层后，其官能团可钝化NiOx纳米颗粒表面缺陷，减少非辐射复合，促进载流子注入。图1：PEIS分子在NiOx层与钙钛矿活性层间的双向嵌入作用钙钛矿侧调控：PEIS末端基团与钙钛矿前驱体相互作用，提供均匀形核位点，抑制湿度诱导的相分离，精确控制准二维钙钛矿不同n相（如n=3主导）的生长速率，提升薄膜均匀性与发光能力。图2：PEIS修饰后界面粗糙度降低，钙钛矿形核位点均匀分布关键实验结果结晶动力学优化：PEIS掺杂量为0.5%时，钙钛矿以n=3相为主，各n相结晶速率接近，形成均匀准二维结构（图3）。这种动力学控制显著提高了薄膜光致发光量子产率（PLQY）与环境稳定性。图3：PEIS在钙钛矿膜中呈拉伸构象，调控n相结晶速率大面积器件性能：首次在空气中制备出2 cm × 2 cm蓝光PeLEDs（图4），不同发射面积下性能如下：0.2 × 0.2 cm2：峰值外量子效率（EQE）2.34%，最大亮度1161 cd/m2；1 × 1 cm2：峰值EQE 2.09%，最大亮度624 cd/m2；2 × 2 cm2：峰值EQE 0.80%，最大亮度734 cd/m2。图4：空气中制备的2 cm × 2 cm蓝光PeLEDs技术优势与意义成本降低：无需惰性气体保护，简化制备流程，适合大规模生产。性能提升：PEIS修饰层同时优化了载流子注入与钙钛矿结晶质量，解决了蓝光器件效率与均匀性矛盾。商业化潜力：为钙钛矿显示技术提供了可空气制备的解决方案，加速其在柔性显示、大面积照明等领域的应用。研究支持与展望该工作获国家自然科学基金（No. 22372132）与国家重点研发计划（No. 2023YFE0206300）资助。未来研究可进一步探索聚合物刷结构与钙钛矿组分的匹配性，以实现更高效率、更长寿命的空气制备PeLEDs。参考文献：Bilateral Embedded Anchoring via Tailored Polymer Brush for Large-Area Air-processed Blue Light-Emitting DiodesDOI: 10.1002/anie.202411361