Ultrapure and highly efficient green light emitting devices based on ligand-modified CsPbBr₃ quantum dots

Abstract

All inorganic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m1"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> perovskite quantum dots (QDs) have been recognized as promising optical materials to fabricate green light emission devices because of their excellent optical performance. However, regular <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m2"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs with an oleic acid (OA) ligand show poor stability, which limits their practical application. We replaced the OA ligand in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m3"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs with a 2-hexyldecanoic acid (DA) ligand and, in the synthesis, found that the new material has better optical properties than regular <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m4"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m5"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>OA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs). Due to the strong binding energy between the DA ligand and QDs, the ligand-modified <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m6"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m7"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>DA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs) show a high photoluminescence quantum yield (PLQY) of 96%, while the PLQY of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m8"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>OA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs is 84%. Subsequently, the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m9"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs coated on the blue light-emitting diode (LED) chips as green phosphors are demonstrated. The color conversion from blue to pure green is achieved by adding the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m10"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>OA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs solution up to 60 μL, while the pure green emission devices only need 18 μL <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m11"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>DA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs solution under the same concentration. The ultrapure, highly efficient green light-emitting devices based on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m12"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>DA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs exhibit a luminous efficiency of 43.6 lm/W with a CIE (0.2086, 0.7635) under a 15.3 mA driving current. In addition, the green emission wavelength of the devices based on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m13"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mtext>-</mml:mtext> <mml:mi>DA</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> QDs almost has no shift, even under a high injection current. These results highlight the promise of DA ligand-modified <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m14"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs for light-emitting devices and enrich the application field of ligand-modified <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="m15"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>CsPbBr</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> QDs.

Topics & Concepts