配位子交換を用いた全塗布型超高性能ペロブスカイト量子ドットLEDの開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J21788
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 江部 日南子 山形大学, 有機材料システム研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: ペロブスカイト / 量子ドット / 発光デバイス / 表面修飾処理 / エネルギー移動

研究実績の概要

本年度は、QD間エネルギー移動および表面修飾処理により高効率・長寿命ペロブスカイト量子ドット(QD)-LEDを開発した。
まず、非放射失活の速度 (~数十ns) を大きく上回る、QD間エネルギー移動 (~数ps)を用いることで、赤色ペロブスカイトQD-LEDの高性能化に成功した。本研究では、粒径制御によりそれぞれのバンドギャップを調整し、ドナー・アクセプター混合膜における光物性および電子物性への影響を検討した。ドナー・アクセプター混合膜において、非放射失活の抑制により、優れた発光量子収率を達成した。また、励起スペクトルよりドナーからアクセプターQDへエネルギー移動が生じていることを確認した。さらに、ドナー・アクセプター混合膜を用いて作製したLEDにおいて、外部量子効率の向上に成功し、ドナー・アクセプターQD間エネルギー移動が発光量子収率およびデバイス性能の向上に有用であることを明らかにした。
次に、QDの粒径制御およびグアニジウムカチオン置換による表面修飾処理により優れた相安定性を有するCsPbI3 QDの合成とQD-LEDの高性能化を試みた。赤色発光を示すCsPbI3 QD は、比較的小さい有効イオン半径を有するCsにより、室温に置いて歪みを持つ不安定な相構造を形成し、相転移による発光特性の低下が課題であった。本研究では、QDの小粒径化により表面張力が増大し、室温下で立方晶CsPbI3 QDを得ることに成功した。また、グアニジウムカチオン置換により表面欠陥を補填し、発光特性の向上だけでなく、大気安定性が改善することを明らかにした。さらに、得られたCsPbI3 QDを発光層に用いた LED において、外部量子効率およびデバイス耐久寿命の向上に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Energy Transfer between Size-Controlled CsPbI₃ Quantum Dots for Light-Emitting Diode Application (2022)
  • 著者名/発表者名: Ebe Hinako、Wang Ya-Kun、Shinotsuka Narumi、Cheng Yu-Hong、Uwano Mizuho、Suzuki Rikuo、Dong Yitong、Ma Dongxin、Lee Seungjin、Chiba Takayuki、Sargent Edward H.、Kido Junji
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1021/acsami.2c03971
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gel permeation chromatography process for highly oriented Cs3Cu2I5 nanocrystal film (2022)
  • 著者名/発表者名: Cheng Yu-Hong、Suzuki Rikuo、Shinotsuka Narumi、Ebe Hinako、Oshita Naoaki、Yamakado Ryohei、Chiba Takayuki、Masuhara Akito、Kido Junji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: ー
  • DOI: 10.1038/s41598-022-08760-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Step Crystallization for Low-Oxidation Tin-Based Perovskite Light-Emitting Diodes (2022)
  • 著者名/発表者名: Cheng Yu-Hong、Moriyama Reine、Ebe Hinako、Mizuguchi Kei、Yamakado Ryohei、Nishitsuji Shotaro、Chiba Takayuki、Kido Junji
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1021/acsami.1c22130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-Synthetic Surface Treatment of Perovskite Nanocrystals for Highly Efficient Light-Emitting Diodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Cheng Yu-Hong, Ebe Hinako, Chiba Takayuki、Kido Junji
  • 雑誌名: Journal of the Imaging Society of Japan 巻: 60 ページ: 606-614
  • DOI: 10.11370/isj.60.606
  • 査読あり
• [雑誌論文] All‐Inorganic Quantum‐Dot LEDs Based on a Phase‐Stabilized α‐CsPbI ₃ Perovskite (2021)
  • 著者名/発表者名: Y‐K. Wang, F. Yuan, Y. Dong, J‐Y. Li, A. Johnston, B. Chen, M. I. Saidaminov, C. Zhou, X. Zheng, Y. Hou, K. Bertens, H. Ebe, D. Ma Dongxin、Deng Zhengtao、Yuan Shuai、R. Chen, K. L. Sagar, J. Liu, J. Fan, P. Li, X. Li, Y. Gao, M-K. Fung, Z-H. Lu, O. M. Bakr, L-S. Liao, E. H. Sargent
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 ページ: 16164～16170
  • DOI: 10.1002/anie.202104812
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Donor-Acceptor QD 間のエネルギー移動を用いた高性能ペロブスカイト QD-LED の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 江部日南子，上野瑞穂，篠塚奈瑠美，鄭宇宏，鈴木陸央，千葉貴之，城戸淳二
  • 学会等名: 第82回応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] Highly and Stable Perovskite Quantum Dots Light Emitting Device by Energy Transfer from Donor QD to Acceptor QD (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Ebe, T. Chiba, and J. Kido
  • 学会等名: The Material Research Meeting 2021 (MRM2021)
  • 国際学会