ACS Nano：无机界面偶极层的空穴迟释效应优化高性能CsCu2I3发光二极管电荷平衡

无铅金属卤化物发光二极管（LED）由于低毒性、可溶液加工性和稳定性，在下一代环保照明和显示领域受到广泛关注。其中，碘化铯铜（CsCu2I3）因其优异的宽带暖白光发光特性，突出的环境稳定性以及在有机溶剂中的高溶解度，成为研究最多的卤化铜材料之一。然而，由于CsCu2I3的有效载流子质量大、光学能隙超过3.5 eV，使得即便在高电泵浦条件下，器件中的电荷注入效率依然不高。此外，广泛分布的Cu空位带来的高空穴浓度进一步加剧了器件中电子-空穴注入不平衡，在CsCu2I3发射层和电子传输层（ETL）之间的界面处造成了不希望的空穴积累和激子非辐射损失，严重制约器件的外量子效率（EQE）和发光亮度。

西南交通大学杨维清、李文等人设计了一种基于无机界面偶极子层（IDL）的空穴延迟释放策略，在空穴传输层（HTL）和发射层之间界面处构筑超薄氯化锂（LiCl）以形成IDL，通过双向离子偶极相互作用有效调制两侧接触层（PEDOT:PSS/IDL/CsCu2I3）的能带结构，优化空穴注入势垒，实现空穴（多子）的延迟释放，最终改善电子-空穴注入平衡。基于IDL的CsCu2I3LED在565 nm处表现出4倍提升的2620 cd/m2的最大亮度，以及3倍增强的3.7%的峰值EQE。此外，基于其他碱金属盐IDL的CsCu2I3 LED同样表现出一致的性能增强效果，证明了无机IDL的空穴延迟释放策略的普适性。

文章亮点总结

1.能带结构双向调制：IDL能够同时与PEDOT:PSS的PSSH和CsCu2I3的[Cu2X3]−形成离子偶极相互作用，有效调节能级排列并实现空穴延迟注入，最终优化电子-空穴注入平衡。

2.阻抗谱多角度解析输运机制：通过对单载流子器件和完整器件的阻抗谱（I-V，EIS, C-V, dC/dV...）进行全面分析，从多角度验证空穴延迟释放策略带来的器件载流子输运行为变化。

3.突破“亮度↔效率”两难困境：兼具界面结晶调控效果的碱金属盐IDL有效缓解了传统有机IDL高绝缘性和不良界面接触带来的“牺牲亮度成全效率”的两难困境，构筑氯化锂IDL的CsCu2I3 LED表现出亮度和EQE的同步提升（638 cd/m2→2620 cd/m2，1.3%→3.7%）。

图1.IDL的能带结构双向调制。(a) IDL双向相互作用示意图。(b) IDL能带结构优化示意图。(c) 有无IDL的PEDOT:PSS薄膜的二次电子截止边和价带区UPS数据。(d) 有无IDL的器件能级图。(e, f) 有无IDL的PEDOT:PSS/CsCu2I3界面KPFM测试（实验示意图、表面电位图像和选区平均电位分布）。

图2.I-V特性曲线和EIS角度的界面载流子行为分析。(a, b) 有无IDL的I-V特性曲线及PHD器件结构示意图。(c, d) 有无IDL的I-V特性曲线及HOD器件结构示意图。(e, f) 有无IDL的I-V特性曲线及完整器件结构示意图。通过EIS测试得到的(g) PHD，(h) HOD和(i) 完整器件的奈奎斯特图（插图为对应的等效电路模型图）。

图3.C-V相关阻抗谱角度的界面电荷输运和复合行为分析。(a) 10 kHz下，有无IDL的器件C-V特性曲线。(b) 10 kHz下，有无IDL的器件dC-dV特性曲线。器件在3个电压范围下的载流子动态过程示意图：(c) 0 < V < VI，(d)VI < V < VII和(e)V > VII。

图4.IDL层间双向相互作用。(a) 器件横截面SEM图像。(b) 阴离子测量模式下的 ITO/PEDOT:PSS/LiCl/CsCu2I3器件TOF-SIMS深度分布。在PEDOT:PSS和IDL/PEDOT:PSS上沉积的CsCu2I3薄膜的(c) XRD数据，(d) UV-vis和稳态PL光谱，(e) Urbach能量，(f) TRPL光谱以及(g) Cu 2p峰的XPS数据。有无IDL的PEDOT:PSS薄膜的(h) S 2p峰和 (i) O 1s峰的XPS光谱。

图5.基于IDL的CsCu2I3 LED性能优化。(a) 有无IDL器件的J-V-L曲线。(b) 4.8 V下有无IDL器件的EL光谱，(c) 持续增加的外置偏压下，IDL器件的EL光谱。插图是3.4 V下的器件电致发光照片。(d) 有无IDL器件的EQE-电流密度曲线。(e) 有无IDL器件的峰值EQE和最大亮度的统计分布。(f) 本工作与其他已发表的溶液法制备CsCu2I3LEDs工作的器件性能比较。

X. Zeng, Q. Yin, L. Pan, Y. Chen, C. Li, M. Mu, Q. Wang, W. Li, W. Yang, Hole Delayed-Release Effect of Inorganic Interfacial Dipole Layer on Charge Balance for Boosting CsCu2I3 Light-Emitting Diodes. ACS nano, 2025.

DOI: 10.1021/acsnano.4c14429

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14429

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