日本九州大学开发在金属卤化物钙钛矿层之间夹住有机发光层EL

8月6日消息，可以将电能高效转换为光能的有机EL受到广泛关注，而且作为显示器和照明器具等已经实现了实用化。有机分子是具有高发光量子产率的优异发光体，但难以导电。因此，有机EL需要采用厚度约为100nm（约为头发的1/800粗）的薄型有机薄膜来强制导电。而这种超薄有机薄膜则存在难以大面积均匀成膜的问题。

此次，日本九州大学的松岛敏则副教授和安达千波矢教授等人组成的研究小组，开发出了在金属卤化物钙钛矿注1）层之间夹住有机发光层的有机EL。利用钙钛矿容易导电的性质和能够轻松实现薄膜化的性质，从而将有机EL中的钙钛矿总膜厚增加到了2000nm。研究小组发现，虽然厚度与原来的有机EL相比增加了10倍以上，但依然获得了优异的发光效率、驱动电压和耐久性。

利用此次的研究成果能以相对较低的成本和良好的再现性制作有机EL产品，将为工业生产带来巨大的影响。另外该技术还可以应用于激光器、存储器和传感器等其他有机器件上。

相关研究成果已于2019年7月30日在《自然》杂志在线版上公开。

有机发光层采用具有高发光效率的铱化合物和热活化延迟荧光化合物注2）。在其两端设置了容易导电的透明金属卤化物钙钛矿层。虽然厚度达到以往的有机EL的10倍以上，但依然获得了最大40％的超高外部量子效率注3）。另外，通过调整钙钛矿层的膜厚，完全消除了发光光谱的角度依赖性，可以制作出即使倾斜观看颜色也不会发生变化的高性能显示器。

    注1）金属卤化物钙钛矿  

金属卤化物钙钛矿具有ABX3型钙钛矿结构。A位采用甲胺、甲脒胺和铯等，B位采用Pb2＋和Sn2＋等金属阳离子，X位采用I-、Br-和Cl-等卤素阴离子。BX6八面体通过共用顶点连接，形成三维结构。为了与BX6骨架携带的负电荷保持电气平衡，在A位配置了阳离子。金属卤化物钙钛矿被用作光伏电池的光吸收层、LED的发光层、场效应晶体管的半导体层和激光器件的活性层等。

    注2）热活化延迟荧光化合物  

在有机EL中中，载流子重新结合时会以1:3的比例生成单重激发态和三重激发态。以前采用荧光材料的有机EL只有以25％的比例生成的单重激发态会发光。利用后来开发的铱化合物，可以通过强烈的重原子效应，使所有激发态都发光。热活化延迟荧光化合物设计时减小了一重激发态与三重激发态的能隙。因此，通常不发光的三重激发态被转换为一重激发态，可以作为延迟荧光观测到。热活化延迟荧光化合物完全不含铱等稀有金属，但可以将所有电能转换为光。

    注3）外部量子效率  

有机EL中产生的光大部分都被引导至有机层和基板等，因此无法从玻璃基板表面提取到元件外部。在普通的有机EL结构中，能提取到元件外部的发光的比例约为20——30％左右。从基板中提取光的效率被称为外部量子效率，用（从基板提取的光子数）/（注入元件的电子数）之比表示。