AFM：揭示钙钛矿基发光二极管中的阴极降解机制

本研究中国台湾国立成功大学郭宗枋等人探讨了钙钛矿基发光二极管（PeLEDs）在储存过程中的降解机制，发现即使在相对惰性的环境下，也会随时间形成不发光的电致发光（EL）暗区（称为EL暗图案）。分析表明，阴极降解是阻碍电荷注入并驱动这些图案形成的主导因素。储存环境中残留的水分/氧气会引发铝（Al）阴极的化学反应，很可能与钙钛矿的降解产物发生相互作用。

为缓解此问题，研究引入了两种策略：引入聚乙烯亚胺乙氧基化物（PEIE）阴极缓冲层，或用准二维钙钛矿结构替代传统的三维钙钛矿。这些措施旨在阻断离子扩散或抑制离子迁移，延缓EL暗图案的形成。将PEIE与更稳定的阴极（铟锌氧化物IZO或银Ag）结合使用可显著增强稳定性。使用传统LiF/Al阴极的器件在仅4小时内就出现EL暗图案，而采用PEIE/IZO或PEIE/Ag的器件在168小时（7天）或336小时（14天）后均未观察到暗图案。

这项工作确定了Al阴极降解是PeLED储存稳定性的主要限制因素，并强调了稳定电极材料和界面工程在延长钙钛矿光电器件寿命方面的潜力。

文章亮点

1. 揭示阴极降解是PeLED储存失效的核心原因：通过XPS等分析手段，首次明确证实即使在高纯氮气手套箱（O₂/H₂O < 1.0 ppm）中储存，钙钛矿中的离子（如Br⁻, MA⁺）也会在残留水分/氧气辅助下扩散至Al阴极并与之反应，生成Al-Br和Al-N等化合物，导致阴极局部损坏，阻碍电子注入，形成永久性EL暗区。

2. 提出双重抑制策略有效延缓暗区形成：引入PEIE缓冲层可物理阻挡离子扩散，将暗区出现时间从4小时延长至24小时；采用离子迁移势垒更高的准二维钙钛矿可进一步将168小时后的暗区面积从3D器件的96%大幅降低至9%。

3. 创新性提出“PEIE/稳定阴极”体系实现超长储存稳定性：将Al阴极替换为化学惰性更强的IZO或Ag，并结合PEIE修饰，成功制备出在惰性环境中储存336小时（14天）仍无任何EL暗图案的PeLED器件，且Ag阴极经XPS验证未发生明显化学变化，为高性能、长寿命PeLED的电极设计提供了明确方向。

T.-H. Do, A. Loganathan, Y.-F. Yin, X.-Y. Lin, Y.-S. Fu, and T.-F. Guo, “ Clarify the Cathode Degradation in Perovskite-Based Light-Emitting Diodes.” Adv. Funct. Mater. (2025): e21392.

https://doi.org/10.1002/adfm.202521392

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