編輯推薦：白光發光二極體（WLED）是有前途的下一代固態光源。然而，用於WLED生產的商業化途徑在顯色指數（CRI）不足，顏色不穩定性和摻入稀土元素方面受到挑戰。本文中，作者提出了一種新型的雙組份策略，透過將兩種帶有寬頻發射材料與自陷激子（STE）組合在一起，以實現高CRI和穩定的WLED。採用一種簡便的一步旋塗法合成了銅基三元鹵化物複合材料CsCu2I3@Cs3Cu2I5。該複合材料表現出理想的白光發射，並具有很強的穩定性。展示了一系列冷/熱可調諧WLED，其最大亮度為145 cd/m-2，外部量子效率為0.15％，CRI達到創紀錄的91.6，這是無鉛WLED的最高值。
一直以來WLED在固態發光領域具有巨大的應用潛力。然而，用於商業化的WLED具有顯示指數不足和顏色不穩定等缺點，這阻礙了其商業應用。最近，來自鄭州大學的單崇新&史志鋒團隊及其合作團隊吉林大學的張立軍團隊透過採用將具有寬頻發射與STE特徵的Cs3Cu2I5和CsCu2I3結合，實現了高CRI和穩定性的WLED。並且展示一系列冷/熱可調諧WLED，其最大亮度為145 cd/m-2，外部量子效率為0.15％，實現了創紀錄的91.6的高CRI。相關論文以題為“High Color-Rendering Index and Stable White Light-Emitting Diodes byAssembling Two Broadband Emissive Self-Trapped Excitons”於11月23日發表在Adv. Mater.。
論文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202001367
白光發光二極體（WLED）在固態照明技術中尤為重要，它具有顯著減少溫室氣體排放並降低能耗的潛力。WLED通常分為兩類，即，磷光轉換的WLED和電驅動的WLED。目前，主要透過將藍光LED晶片與黃光磷光粉組合來製造磷光轉換WLED。然而，大多數下轉換黃光磷光粉包含稀土元素，例如Ce3+或Eu2+，它們的潛在供應風險和價格上漲是未來大規模生產和商業化的障礙。此外，由於熱猝滅，散射和光漂白，這種型別的體系結構容易遭受能量損失。相比之下，電驅動的WLED依靠直接將電荷載流子注入發光層而沒有能量損失，從而允許充分利用簡單的溶液處理來實現高效率的白光光源。
另外，高品質的白光具有良好的顯色指數(CRI)，是真實還原物體顏色，創造舒適健康的氛圍的迫切需要。對於諸如電影攝影，美術館，攝影，外科手術和珠寶等對色彩要求很高的應用，需要高於90的CRI。從器件的角度來看，實現具有高CRI的白色電致發光（EL）所涉及的關鍵問題是發射層的合理設計，其中使用兩個或三個不同的發射波長髮射器無疑是填充整個可見光光譜的替代策略。
通常，基於多組分的WLED結構的特點是具有較寬的色彩空間，因此可以產生良好的顯色性。透過使用多元件策略，近年來已目睹了這一領域的快速發展。例如，Lee的小組報告了一種高效的有機WLED，其透過使用兩個互補色（天藍色和橙紅色）小分子作為發光層，具有良好的白光質量。Wang等人在寬頻隙聚芴聚合物中將三種彩色（藍色，綠色和紅色）熒光色團用作白光發射層，以製造具有85的高CRI的全聚合物WLED。透過混合四色（藍色，青色，黃色和紅色），Bae和同事們將重量比為9：1：1：1的CdSe/ZnS量子點用作白色發射層，實現了具有93的超高CRI的高效能WLED。
儘管如此，仍然存在一些侷限性多元件策略的缺點，需要認真對待。例如，以特定比例混合具有不同顏色的多個發射器會使裝置的製備變得複雜，並增加成本。由於發射器的降解速率不同，以及光子自吸收引起的效率損失，顯色性將隨執行時間而變化。最近，一些研究人員提出了一種單組分策略，透過使用寬頻發射的C3N2H12PbBr4，C4N2H14PbBr4，(C4N2H14Br)4SnBr6和Cs2AgInCl6雙鈣鈦礦作為白光發射體，解決混合組分的光子自吸收和顏色不穩定性問題。不幸的是，單組分白光發射器總是遭受低CRI的困擾，並且也缺乏冷/暖白光調節來匹配日光下的變化，因為很難單獨調節不同波長下的發射比例。此外，一些候選材料包含重金屬鉛，這對環境和人類都有毒。因此，從應用角度來看，這種單元件策略不適合高階WLED生產。相反，如果可以消除多元件策略獨有的共同缺點，則它可能會更具優勢。
圖1.銅基三元鹵化物熱力學穩定性和發光的第一性原理計算。a）CsCu2I3和Cs3Cu2I5（藍色，Cs;紫色，Cu;綠色，I;紫色多面體，[Cu2I3]−四面體和[Cu2I5]3−四面體）的晶體結構。b）銅基三元鹵化物分解成二元化合物CsI和CuI的相穩定性。CsCu2I3和Cs3Cu2I5均位於凸包上，表明它們的熱力學條件穩定。c，d）分別為CsCu2I3和Cs3Cu2I5的STE工藝的配置座標圖。e）在室溫下測量的CsCu2I3和Cs3Cu2I5薄膜的吸收和PL光譜。
圖2.白色發射CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的定向合成。a）CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的製備過程示意圖。右窗格顯示了在UV光（254 nm）照射下的膠片照片。b）CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合膜的XRD圖譜，c）吸收和PL光譜，以及d）SEM影象。e）顯微鏡熒光結果在兩個點處捕獲，如圖2d所示。f）從斑點A和斑點B測量的PL衰減，以及它們分別與純Cs3Cu2I5和CsCu2I3的比較。
圖3. CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的冷/暖白光調整。a）在紫外線照射下，以不同的CsI/CuI摩爾比製備的CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的粉末和薄膜的照片。b）具有不同CsI/CuI摩爾比的CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的吸收光譜和PL光譜。c）具有不同的CsI/CuI摩爾比的CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的CIE顏色座標。d）CRI為91.6的工作裝置的典型照片。
圖4. CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料白光發射器的穩定性。a）在20至100 °C的不同溫度下對CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料的熱穩定性進行測量。b）在兩個代表性的溫度點（20和100 °C）下對複合材料進行十次加熱/冷卻迴圈測試。c）用CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合材料連續紫外光照射62 h的光穩定性研究。插圖顯示了在紫外線照射之前和之後的樣品照片。d）在空氣環境中，在不同的儲存期，複合材料的PL光譜演變。
圖5. 基於CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合膜的電動WLED。a）以CsCu2I3@Cs3Cu2I5複合膜為發光層的電動WLED的示意圖結構。b）由四個發射單元組成的裝配好的裝置的照片。c）電流密度-電壓-亮度曲線，以及d）使用不同的CsI/CuI摩爾比製造的器件的EL光譜。（d）的插圖顯示了該裝置從冷白光到暖白光的一系列白光照片。e）在不同的施加電壓下三個WLED的EQE。插圖顯示三個裝置的CIE顏色座標。f）WLED在執行時間內的亮度變化。
總之，基於將兩種寬頻發光材料組裝在一起的想法，作者已經成功展示了高CRI和穩定的電驅動WLED。在第一性原理熱力學計算的推動下，透過一種簡便的一步法合成了黃色發光的CsCu2I3和藍色發光的Cs3Cu2I5的銅基鹵化物。透過方便地更改CsI/CuI前驅體的混合比例和激發光波長，複合材料在冷/暖白光調諧下顯示穩定的白光發射。透過將此類白光復合材料用作發射器，成功地製造了一系列冷/暖可調諧WLED，其最大亮度為145 cd/m-2，EQE為0.15％，並實現了創紀錄的91.6的高CRI。更重要的是，WLED在空氣環境中表現出強大的工作穩定性，可產生約238.5分鐘的長T50。此類具有組裝的寬頻發射STE的銅基鹵化物複合材料的無毒，高顯色性和良好的穩定性，可使其在下一代照明技術中具有廣闊的前景。（文：無計）