九大ら,ペロブスカイトLEDの発光効率4倍に

九州大学,中国Changchun Institute of Applied Chemistry,京都大学,中国Chinese Academy of Sciences,仏Sorbonne Université,仏CNRS-Université de Strasbourgの研究グループは,適切な有機材料を選択することによって,擬二次元ペロブスカイトLEDの発光効率を約4倍に向上させることに成功した(ニュースリリース)。

金属ハライドペロブスカイトは太陽電池の光吸収材料として注目を集めており,その光電変換効率は25.2%に到達している。また,金属ハライドペロブスカイトは発光ダイオード(LED)の発光材料としても有望だがLEDの発光効率には問題が残されており,発光効率を向上させる技術の確立が望まれていた。

この研究で採用したペロブスカイトLED構造は,透明陽極/有機ホール輸送層/擬二次元ペロブスカイト発光層/有機電子輸送層/金属陰極となっている。擬二次元ペロブスカイトに紫外線を照射すると一重項励起状態のみが形成され明るく発光する。

しかし,LED構造中では発光機構が異なる。ペロブスカイトLED中ではキャリアの再結合により一重項励起状態と三重項励起状態が 1:3の比で形成される。通常は三重項励起状態からの発光は観測されない。

ペロブスカイトにおいては一重項励起状態と三重項励起状態のギャップエネルギーが小さいために(<20meV),これら状態間で移動が生じやすくなる。三重項励起状態が一重項励起状態へと変換されると,効率の良い発光が一重項励起状態から観測される。

ここで,擬二次元ペロブスカイトの有機アミンとしてナフチルアミンを用いると一重項励起状態に変換される前に三重項励起状態が消滅する。この研究では,三重項励起状態を消滅させないフェニルアミンを用いるとペロブスカイトLEDの発光効率が約4倍に向上することを見出した。

ペロブスカイト薄膜は簡単に作製でき,色純度が高い発光を示す。そのため,ペロブスカイトLEDは低コスト・高色純度な次世代型ディスプレー用途として期待されている。この手法を用いればペロブスカイトLEDの発光効率を大幅に向上させることができるために,ディスプレー産業分野に大きなインパクトがあるとしている。

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