東工大,ペロブスカイトLEDの低発光効率を解明

東京工業大学の研究グループは,単一粒子分光計測を用いて,ペロブスカイトナノ粒子を発光材料として用いた発光ダイオード(LED)における低い電光変換効率の原因を解明した(ニュースリリース)。

ペロブスカイト系ナノ粒子の一部は鮮やか,かつ高効率な発光を示すため,薄膜ディスプレーやレーザー用の発光材料として期待されている。だが,高効率で発光する粒子のナノ凝集体を薄膜LEDの発光層として用いると,しばしば発光効率が著しく低下することが知られていたが,その根本的な原因はわかっていなかった。

研究グループはオレイン酸(植物油に多く含まれている不飽和脂肪酸)で表面修飾されたCsPbBr3(セシウム鉛臭化物)のペロブスカイトナノ粒子を発光層に有する薄膜LEDを作製し,単一粒子分光の計測技術を用いてその発光層中のCsPbBr3粒子のナノ凝集体の光励起時の発光(PL)および電界発光(EL)を比較した。

研究グループは,PLにおいてはナノ凝集体中のナノ粒子の100%近くが発光に関与しているのに対し,ELでは全体の3個から7個のナノ粒子しか発光に関与していないことを確認した。

さらにナノ凝集体中ではナノ粒子のサイズにわずかな分布があり,EL駆動時にはナノ凝集体表面の粒子にホールや電子が注入された後,ホールや電子がより大きなナノ粒子に向けて拡散してトラップされ,一部のナノ粒子からしか発光が生じていないことを確認した。

PLでは各ナノ粒子が発光しており個々のナノ凝集体のブリンキングも生じにくい一方で,ELを放射しているナノ粒子ではブリンキングがより顕著に生じることを見出した。そのELでの激しいブリンキングのため,発光しない時間が長くなっており,これが要因でLED駆動下での電光変換効率が理想状態の1/3程度にまで低下していることを突き止めたという。

研究グループは,今後,より電光変換効率の高いペロブスカイトLEDを実現するための方策の1つとして,ペロブスカイトナノ粒子の表面状態の制御によるブリンキングの抑制が重要になるとしている。

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