藍(lán)光鈣鈦礦材料及其電致發(fā)光器件

許玉帥，王海龍，陳 良，謝志元*

(1.中國科學(xué)院 長春應(yīng)用化學(xué)研究所 高分子物理與化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春130022；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)與工程學(xué)院，安徽 合肥 230027)

1 引 言

金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有帶隙可調(diào)、半峰寬窄、載流子遷移率高和熒光量子效率高等優(yōu)異光電性質(zhì)，作為發(fā)光層制備的鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)具有色純度高、亮度高和色域廣等優(yōu)點(diǎn)，在照明和顯示領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力[1-3]。通過對鈣鈦礦薄膜組分和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，綠光[4-5]和紅光[6-7]PeLEDs的最高外量子效率(EQE)均已超過了20%，極大地縮短了與有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)的差距；藍(lán)光PeLEDs因材料穩(wěn)定性差、深能級陷阱多和電荷注入困難等問題，研究進(jìn)展相對緩慢。

與紅光和綠光材料相比，藍(lán)光材料更寬的帶隙給電荷的有效注入帶來很大挑戰(zhàn)，更高的起亮電壓和驅(qū)動電壓要求藍(lán)光材料具有更好的穩(wěn)定性，且寬帶隙半導(dǎo)體通常含有更多的深能級缺陷，非輻射復(fù)合損失嚴(yán)重[8-9]。鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射的策略主要有混合鹵素和量子限域效應(yīng)兩種[10-13]。在混合鹵素策略中，通過混合溴離子和氯離子，可以精細(xì)地調(diào)控鈣鈦礦材料的帶隙，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射?；旌消u素策略因不需要有機(jī)絕緣配體，更有利于器件的電荷注入和傳輸。但在制備薄膜過程中容易形成鹵素空位缺陷，不僅造成了大量的非輻射復(fù)合損失。嚴(yán)重影響其發(fā)光效率，而且在外場作用下容易發(fā)生離子遷移，造成混合鹵素相分離，導(dǎo)致光譜紅移，材料穩(wěn)定性差。通過加入有機(jī)長鏈配體，將鈣鈦礦尺寸減小到接近其激子波爾半徑時，可以形成具有量子限域效應(yīng)的鈣鈦礦量子點(diǎn)或準(zhǔn)二維鈣鈦礦，也可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射。表面絕緣的疏水性長鏈有機(jī)配體，不僅可以阻止水分的滲透，有效提高PeLEDs的穩(wěn)定性，而且可以鈍化鈣鈦礦晶界處的缺陷，減少非輻射復(fù)合損失。此外，量子限域效應(yīng)可以增加鈣鈦礦材料的激子結(jié)合能，有利于激子的輻射復(fù)合。但是絕緣的有機(jī)配體會阻礙載流子的注入與傳輸，導(dǎo)致器件亮度較低，而且薄膜中不同尺寸的鈣鈦礦材料會導(dǎo)致多個發(fā)射峰或半峰寬較寬等問題。

當(dāng)前藍(lán)光鈣鈦礦材料存在材料穩(wěn)定性差、深能級陷阱多和電荷注入困難等問題，是限制藍(lán)光PeLEDs發(fā)展的主要因素。本文以三維鈣鈦礦材料、準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料和鈣鈦礦量子點(diǎn)3種藍(lán)光鈣鈦礦材料為主線，回顧了近年來藍(lán)光PeLEDs領(lǐng)域在提高藍(lán)光鈣鈦礦材料穩(wěn)定性、鈍化深能級缺陷和改善電荷注入等方面的研究進(jìn)展，并對藍(lán)光PeLEDs面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)和展望。

2 藍(lán)光PeLEDs的研究進(jìn)展

2.1 三維鈣鈦礦材料

圖1 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和鈣鈦礦材料的示意圖Fig.1 Schematic diagram of perovskite structure and perovskite materials

2015年，kumawat等[12]首次報(bào)道了基于混合鹵素的三維藍(lán)光PeLEDs。他們研究了鈣鈦礦材料帶隙與Cl-含量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著Cl-含量增加，熒光光譜可由天藍(lán)光調(diào)節(jié)至深藍(lán)光范圍。作者使用MAPbBr1.08Cl1.92作為活性層，制備了發(fā)光峰位于482 nm的電致發(fā)光器件。然而，受限于鈣鈦礦差的活性層形貌及電荷傳輸層能級失配等問題，器件亮度僅有2 cd·m-2?；旌消u素策略可以精細(xì)調(diào)控鈣鈦礦的材料帶隙，三維藍(lán)光鈣鈦礦材料多是基于氯溴混合策略。然而，混合鹵素鈣鈦礦材料在外場作用下，容易發(fā)生相分離，導(dǎo)致光譜紅移。Kim等[17]使用“三陽離子”策略穩(wěn)定了氯溴混合鈣鈦礦的電致發(fā)光光譜，在Cs10-(MA0.17FA0.83)(100-x)PbBr1.5Cl1.5體系中，使用氯苯作為反溶劑，提高了三維鈣鈦礦薄膜的表面覆蓋度，最終得到發(fā)光峰為475 nm、亮度為3 567 cd·m-2、EQE為1.7%的藍(lán)光PeLEDs器件。

Wang等[18-19]通過在CsPbBr3中使用RbX(X=Cl或Br)作為摻雜劑制備了藍(lán)光鈣鈦礦材料。當(dāng)較小離子半徑的Rb+離子(161 pm)部分取代Cs+(171 pm)時，會導(dǎo)致鈣鈦礦結(jié)構(gòu)扭曲，鉛鹵鍵電子云重疊范圍減小，鍵長減小，從而拓寬了鈣鈦礦帶隙。在部分Cl-取代及Rb+摻雜的協(xié)同作用下，RbBr和RbCl摻雜的鈣鈦礦帶隙分別為2.53 eV和2.65 eV，相應(yīng)的電致發(fā)光峰分別位于492 nm和468 nm。作者通過在聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS) 界面上引入RbCl修飾層減少界面處的激子猝滅，并使用異丙醇作為反溶劑改善鈣鈦礦結(jié)晶，得到了發(fā)射峰位于484 nm、最大EQE為1.66%、最大亮度為9 243 cd·m-2的藍(lán)光PeLEDs，該器件較高的亮度，顯示了三維鈣鈦礦材料有利于電荷注入的優(yōu)點(diǎn)。另外，如圖2所示，RbX摻雜的藍(lán)光PeLEDs具有良好的光譜穩(wěn)定性，在5 V驅(qū)動電壓下持續(xù)15 min保持光譜不變。

圖2 不同電壓(a)和不同工作時間(b)下基于銣離子摻雜的三維藍(lán)光PeLEDs的電致發(fā)光(EL)光譜[19]Fig.2 The EL spectra of Blue PeLEDs based on Rb-doped 3D perovskites under different driving voltages (a) and operating time[19] (b)

研究表明，三維鈣鈦礦載流子壽命長，電荷遷移率高[20-21]，但氯溴混合鈣鈦礦在溶液加工過程中容易產(chǎn)生大量空位缺陷，導(dǎo)致三維鈣鈦礦中缺陷密度高，非輻射復(fù)合嚴(yán)重，材料穩(wěn)定性差。此外，三維鈣鈦礦材料激子束縛能小，內(nèi)部載流子主要以自由電荷形式存在，限制了器件的發(fā)光效率[22]。三維鈣鈦礦材料為了促進(jìn)載流子的有效復(fù)合，提升器件性能，必須著力解決上述問題。

2.2 準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料

如圖1所示，準(zhǔn)二維鈣鈦礦的化學(xué)通式為R2An-1BnX3n+1,R代表大體積的有機(jī)陽離子，通常為有機(jī)銨鹽；n是鉛鹵八面體的層數(shù)。n=1時，稱之為二維鈣鈦礦；n=∞時，稱之為三維鈣鈦礦；介于兩者之間時，稱之為準(zhǔn)二維鈣鈦礦。在準(zhǔn)二維鈣鈦礦中，低介電常數(shù)的有機(jī)陽離子位于高介電常數(shù)的鈣鈦礦八面體兩側(cè)，形成三明治結(jié)構(gòu)，稱之為量子阱[23-26]。二維鈣鈦礦強(qiáng)的激子-聲子耦合作用導(dǎo)致相應(yīng)PeLEDs的效率低下[27]。準(zhǔn)二維鈣鈦礦可以通過調(diào)節(jié)鉛鹵八面體層數(shù)n來調(diào)節(jié)其材料性質(zhì)，在提高激子結(jié)合能的同時可以基本保持三維鈣鈦礦良好的載流子傳輸能力。準(zhǔn)二維鈣鈦礦的帶隙和層數(shù)n密切相關(guān)，溶液法制備的通常為不同層數(shù)準(zhǔn)二維鈣鈦礦的混合薄膜。不同帶隙的準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料之間會發(fā)生能量轉(zhuǎn)移[28]，激子會從帶隙較大的鈣鈦礦材料有效傳遞至帶隙較小的鈣鈦礦材料，最終匯集在帶隙最小的組分中，能有效地抑制缺陷輔助的非輻射復(fù)合，從而導(dǎo)致準(zhǔn)二維鈣鈦礦固態(tài)薄膜的熒光量子效率(PLQE)較高。因此，準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料有望實(shí)現(xiàn)高效PeLEDs。

準(zhǔn)二維鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射有兩種策略：一是調(diào)控鈣鈦礦的組分來實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射，主要方法是改變氯溴離子比例。2019年，Li等[29]通過在CsPb(Cl/Br)3鈣鈦礦中引入有機(jī)配體苯乙基溴化胺(PEABr)，制備了發(fā)射峰為480 nm的準(zhǔn)二維鈣鈦礦藍(lán)光發(fā)射薄膜。他們發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦晶粒在空間中不是均勻分布的，大部分晶粒遠(yuǎn)離PEDOT∶PSS空穴傳輸層，提出了調(diào)制激子復(fù)合區(qū)位置的策略，通過減少PEDOT∶PSS的厚度，空穴和電子在鈣鈦礦晶粒多的區(qū)域復(fù)合，制備了外量子效率高達(dá)5.7%、最大亮度高達(dá)3 780 cd·m-2的藍(lán)光PeLEDs器件。2020年，Wang等[30]將苯乙基氯化胺(PEACl)摻入CsPbBr3鈣鈦礦中可得到二維和三維鈣鈦礦的混合物，從而將薄膜的PLQE從1.1%提高到19.8%，向混合物中加入氯化釔(YCl3)進(jìn)一步將PLQE提高到49.7%。如圖3所示，Y3+能摻入三維鈣鈦礦晶粒中，其分布存在濃度梯度，主要富集在鈣鈦礦的晶界和表面。晶粒表面的Y3+增加了晶粒的帶隙，能夠?qū)⑤d流子限制在晶粒內(nèi)部，提升激子的輻射復(fù)合。制備的PeLEDs在實(shí)現(xiàn)了485 nm的天藍(lán)光發(fā)射，最大EQE為11.0%。雖然基于氯溴混合策略的準(zhǔn)二維PeLEDs性能得到顯著提升，但是使用氯溴混合的鈣鈦礦材料容易發(fā)生鹵素離子遷移，導(dǎo)致鈣鈦礦材料在外場作用下出現(xiàn)相分離，相應(yīng)的電致發(fā)光光譜將從藍(lán)光紅移至綠光。Jiang等[31]通過在三維鈣鈦礦材料CsPbBr3中引入離子半徑較小的Rb+制備銣-銫合金鈣鈦礦，使其光譜持續(xù)藍(lán)移，使用PEABr構(gòu)筑準(zhǔn)二維鈣鈦礦進(jìn)一步將其光譜藍(lán)移至純藍(lán)光，且準(zhǔn)二維鈣鈦礦能夠穩(wěn)定銣-銫合金鈣鈦礦的晶相。在此基礎(chǔ)上，作者通過向該材料體系中引入過量的RbBr，發(fā)現(xiàn)過量的RbBr不僅可以鈍化鈣鈦礦晶粒，降低缺陷態(tài)密度，抑制激子的非輻射復(fù)合，而且可以有效調(diào)節(jié)準(zhǔn)二維鈣鈦礦的組分分布，增大載流子在不同組分之間的能量轉(zhuǎn)移速度。最終實(shí)現(xiàn)了PLQE高達(dá)82%，具有良好光譜穩(wěn)定性的藍(lán)光鈣鈦礦薄膜，相應(yīng)的藍(lán)光PeLEDs的最大EQE為1.35%。

圖3 (a)鈣鈦礦單晶不同位置處的Y與Pb的含量比值；(b)釔離子在晶界處富集增加了鈣鈦礦晶粒表面帶隙的示意圖；(c)紫外燈激發(fā)下的鈣鈦礦薄膜的照片；(d)不同組分鈣鈦礦薄膜在不同激發(fā)光強(qiáng)下的熒光量子產(chǎn)率[30]。Fig.3 (a) n(Y)/n(Pb) ratios of the perovskite single crystal at the different locations;(b) Schematic illustration of the yttrium gradient distribution in the perovskite film and its function in increasing the bandgap around the grain surface;(c) Photograph of the perovskite films under UV lamp;(d) Power-dependent PLQEs of the perovskite films with different compositions[30].

二是通過調(diào)控有機(jī)配體形成層數(shù)≤3為主的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜。然而，為了實(shí)現(xiàn)純藍(lán)光發(fā)射需要加入大量有機(jī)配體，不僅會阻礙電荷傳輸，而且會導(dǎo)致薄膜中組分分布不均勻，造成不同組分之間能量轉(zhuǎn)移不完全，導(dǎo)致相應(yīng)器件發(fā)光光譜較寬或出現(xiàn)多個發(fā)射峰[32-34]。因此，調(diào)節(jié)準(zhǔn)二維鈣鈦礦中的組分分布對于實(shí)現(xiàn)高效藍(lán)光PeLEDs十分重要。Xing等[35]等報(bào)道了基于異丙基溴化銨(IPABr)和PEABr雙配體準(zhǔn)二維鈣鈦礦(IPA/PEA)2(MA/Cs)n-1PbnBr3n+1的電致發(fā)光器件。如圖4所示，引入IPABr可以減小PEABr分子間強(qiáng)的范德華相互作用。通過調(diào)節(jié)PEA和IPA的比例，抑制了n值為1的二維鈣鈦礦的生成，增加了適合發(fā)光的n=2，3，4的準(zhǔn)二維鈣鈦礦。相應(yīng)的天藍(lán)光PeLEDs器件在490 nm處最大EQE為1.9%，最大亮度為2 480 cd·m-2。Yuan等[36]發(fā)現(xiàn)PEABr和鉛鹵八面體之間的氫鍵相互作用較弱，導(dǎo)致相應(yīng)準(zhǔn)二維材料不穩(wěn)定，光譜容易紅移。作者通過引入具有雙氫鍵位點(diǎn)的1,4-苯二甲胺(P-PDABr2)大幅提高了準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料的相分布穩(wěn)定性。并利用P-PDABr2和PEABr形成能的差異抑制了n值為1的二維鈣鈦礦的生成，減少了鈣鈦礦薄膜內(nèi)的非輻射復(fù)合和激發(fā)態(tài)弛豫。最終制備的藍(lán)光PeLEDs最大EQE為2.6%，色坐標(biāo)為(0.14,0.05)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的深藍(lán)光發(fā)射。除了利用兩種有機(jī)配體形成能的差異來調(diào)節(jié)準(zhǔn)二維鈣鈦礦的相分布，Wang等[37]在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入適量的氨基酸衍生物γ-氨基丁酸(GABA)，可以控制鈣鈦礦量子阱的生長過程，進(jìn)而控制晶粒尺寸和準(zhǔn)二維鈣鈦礦的相分布，最終制備的藍(lán)光PeLEDs色坐標(biāo)為(0.12，0.14)，最大EQE超過6%。

圖4 (a)含有不同層數(shù)的準(zhǔn)二維鈣鈦礦的帶隙；(b)含有不同配體的準(zhǔn)二維鈣鈦礦在不同層數(shù)下的形成能；(c)含有不同含量IPABr準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的瞬態(tài)吸收(TA)光譜[35]。Fig.4 (a) Bandgap of quasi-2D perovskite with different number of layers;(b) Calculated formation energy of quasi-2D perovskites with ligands of PEABr,IPABr,and PEABr-IPABr mixture;(c) TA spectra of PEA2A1.5Pb2.5Br8.5 with 0 and 40% IPABr[35].

2.3 鈣鈦礦量子點(diǎn)

鈣鈦礦量子點(diǎn)(QD)因具有發(fā)射峰窄、發(fā)射光譜可調(diào)、激子結(jié)合能大等優(yōu)點(diǎn)被視作優(yōu)異的發(fā)光材料[38-39]。通過混合鹵素策略，鈣鈦礦可以輕易地實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射。2015年，Song等[10]首先報(bào)道了基于CsPb(Br1-xClx)3(0

鈣鈦礦量子點(diǎn)的缺陷主要集中在量子點(diǎn)表面。有機(jī)配體可以鈍化鈣鈦礦表面的缺陷，然而過多的配體會阻礙電荷注入。Pan等[40]通過配體交換的方法用雙十二烷基二甲基溴化銨(DDAB)替換長鏈油酸和油胺，相應(yīng)器件的起亮電壓降低至3.0 V，表明選擇合適的配體，器件的電荷注入可以得到明顯改善。另外，他們觀察到電場誘導(dǎo)的相分離現(xiàn)象，在恒定電場驅(qū)動下，電致發(fā)光光譜發(fā)生紅移。相分離是氯溴混合鈣鈦礦中最大問題，不僅影響材料穩(wěn)定性，而且會造成嚴(yán)重的非輻射復(fù)合，導(dǎo)致氯溴混合鹵素鈣鈦礦量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率通常很低。Hou等[41]通過使用兩步法合成方法，將少量的Mn2+摻雜進(jìn)鈣鈦礦量子點(diǎn)體系內(nèi)，不僅減少了量子點(diǎn)的缺陷態(tài)密度，將量子點(diǎn)溶液的PLQE提升至27%，而且避免了Mn2+的雜峰發(fā)射，電致發(fā)光器件性能取得了較大提升，發(fā)射峰位于466 nm，最大EQE為2.12%。

Yong等[42]初步探究了氯基鈣鈦礦量子點(diǎn)PLQE低的原因。在鉛鹵八面體中，鉛的理論配位數(shù)為6，而在合成的氯基鈣鈦礦量子點(diǎn)中，這一配位數(shù)僅為3.7，即氯基鈣鈦礦材料中存在大量的鹵素空位缺陷。如圖5所示，通過密度泛函理論計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)，與溴基和碘基鈣鈦礦的鹵素空位缺陷不同，氯基鈣鈦礦鹵素空位缺陷會產(chǎn)生深能級陷阱，造成嚴(yán)重的非輻射復(fù)合損失，具體表現(xiàn)為氯基鈣鈦礦量子點(diǎn)低的熒光量子產(chǎn)率。他們通過摻雜11.9%的Ni2+，提高了鈣鈦礦晶格的短程有序性，將Pb2+的配位數(shù)提升至5.1，大幅減少了量子點(diǎn)的鹵素空位缺陷，將氯基鈣鈦礦量子點(diǎn)的PLQE提升至96.5%。緊接著，基于Ni2+和Ca2+等[43-45]摻雜氯溴混合鈣鈦礦量子點(diǎn)PeLEDs也相繼被報(bào)道，得益于鹵素空位的減少，相應(yīng)器件具有良好的光譜穩(wěn)定性。Wang等[46]引入K+作為金屬離子配體，不僅能夠顯著改善載流子注入和傳輸，而且可以減少量子點(diǎn)的表面缺陷，抑制非輻射復(fù)合過程，促進(jìn)發(fā)光效率的提升，為鈣鈦礦的配體設(shè)計(jì)提供了一條新的思路。

圖5 不同含量Ni摻雜CsPbCl3量子點(diǎn)的吸收和熒光光譜(a)和時間分辨熒光光譜(b)；(c)摻雜和不摻雜Ni的CsPbCl3量子點(diǎn)的缺陷能級示意圖 [42]。Fig.5 Absorption and PL (a) and transient-PL spectra (b) of CsPbCl3 QD with different Ni contents;(c) Schematic of defect levels of CsPbCl3 QD with or without Ni incorporation [42].

通過控制純溴基的鈣鈦礦量子點(diǎn)的尺寸，也可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射。純溴基鈣鈦礦量子點(diǎn)用于PeLEDs，需要用短鏈配體或無機(jī)配體替換長鏈有機(jī)配體，才能實(shí)現(xiàn)較好的電荷注入與傳輸。但由于鈣鈦礦的離子本質(zhì)，用于配體交換的極性溶劑會分解鈣鈦礦材料。Dong等[47]采用雙殼結(jié)構(gòu)，即陽離子作為與量子點(diǎn)結(jié)合的內(nèi)殼、極性溶劑溶解陰離子作為保護(hù)量子點(diǎn)的外殼，可以顯著提高鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定性和遷移率，從而可以實(shí)現(xiàn)最大EQE為12.3%的藍(lán)光發(fā)射，這是當(dāng)前藍(lán)光PeLEDs的最高值。

與三維鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦可通過簡單的一步法原位制備不同，量子點(diǎn)通常需要復(fù)雜的合成及純化工藝。Liu等[48]利用形成準(zhǔn)二維鈣鈦礦時易生成少量三維鈣鈦礦這一特性，使用乙酸乙酯作為反溶劑輔助成膜，原位制備了量子點(diǎn)-準(zhǔn)二維鈣鈦礦共混的薄膜。分散在準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜中的溴基量子點(diǎn)的尺寸約為5～6 nm，避免了量子點(diǎn)的聚集和繼續(xù)生長。準(zhǔn)二維鈣鈦礦到量子點(diǎn)之間存在非常迅速的能量轉(zhuǎn)移，提高了鈣鈦礦薄膜的熒光量子產(chǎn)率。最終制備的藍(lán)光PeLEDs發(fā)射峰為483 nm，最大EQE為9.5%。

3 總結(jié)與展望

當(dāng)前藍(lán)光鈣鈦礦材料不理想的材料穩(wěn)定性和光電性質(zhì)是發(fā)展高效穩(wěn)定藍(lán)光PeLEDs的最大阻礙，本文以量子點(diǎn)、三維和準(zhǔn)二維鈣鈦礦藍(lán)光材料為主線，綜述了如何通過鈍化鈣鈦礦材料缺陷、改善其電荷注入以及提高材料穩(wěn)定性等方面來提高藍(lán)光PeLEDs性能的研究工作，依照量子點(diǎn)、三維和準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料，對它們實(shí)現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射的方法進(jìn)行了分析和總結(jié)。我們認(rèn)為藍(lán)光PeLEDs未來要著力解決這些問題：

(1)混合鹵素是調(diào)節(jié)鈣鈦礦發(fā)光最簡單有效的手段，但混合鹵素鈣鈦礦中存在大量鹵素空位缺陷，不僅損害PeLEDs的發(fā)光性能，而且降低材料穩(wěn)定性，造成光譜紅移。如何減少鹵素空位缺陷，提高鈣鈦礦材料穩(wěn)定性將是一個重要研究方向，也是三維鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定藍(lán)光PeLEDs的關(guān)鍵。

(2)如何實(shí)現(xiàn)窄的相分布是準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)高效PeLEDs的關(guān)鍵。窄的相分布不僅有利于載流子的能量傳遞，抑制缺陷輔助的非輻射復(fù)合，提高發(fā)光效率，而且能夠減少發(fā)射峰的半峰寬，提高器件發(fā)光的色純度。當(dāng)前，使用形成能不同的有機(jī)配體是調(diào)控相分布的有效手段[49-50]。

(3)鈣鈦礦量子點(diǎn)的缺陷主要集中在表面。長鏈有機(jī)配體在鈍化鈣鈦礦缺陷的同時，也妨礙了載流子的有效注入。如何調(diào)控鈣鈦礦量子點(diǎn)的表面配體密度及引入短鏈配體，對于實(shí)現(xiàn)高亮度的PeLEDs至關(guān)重要。與三維鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦不同，量子點(diǎn)中可以摻雜偏離容忍因子的金屬離子[51-52]，不僅可以提高鈣鈦礦晶格的短程有序性，減少鹵素空位缺陷；而且可能對其電學(xué)性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)造成有趣的變化，這是鈣鈦礦量子點(diǎn)的獨(dú)特優(yōu)勢。

(4)由于準(zhǔn)二維鈣鈦礦及三維鈣鈦礦均是在電荷傳輸層材料上原位生成的，所以電荷傳輸層不僅影響電荷注入及傳輸，還將影響鈣鈦礦材料的晶體質(zhì)量[35,53]。如何設(shè)計(jì)兼具能級匹配、電荷遷移率高及適合鈣鈦礦晶粒生長的電荷傳輸層材料，也將是一個重要課題。