南京邮电大学解令海团队:氰基官能化的A型非共轭纳米聚合物作为蓝光钙钛矿发光二极管的空穴传输材料

钙钛矿发光二极管凭借其低材料成本、高发光亮度和可调谐发射颜色等显著优势，已成为下一代显示和照明技术中极具前景的候选者。自早期发展以来，PeLEDs的性能取得了显著突破。这一飞跃不仅源于发光层材料本身的创新，更重要的是源于整体器件结构优化、增强的载流子注入和复合效率以及界面工程进展的协同效应。界面工程的进展有效降低了能量损失并钝化了缺陷。在此背景下，位于发光层和阳极之间的空穴传输层起着关键作用。它直接决定了空穴注入效率、界面处的非辐射复合损失以及器件的整体工作稳定性。因此，对HTL的深入研究和优化对于进一步提高PeLEDs的效率和寿命至关重要，这是加速该技术从实验室研究过渡到显示、照明和生物成像实际应用的关键一步。

在蓝光PeLEDs的p-i-n结构中，聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐因其高空穴迁移率、良好的光学透明性和溶液可加工性等优点而被广泛用作空穴传输材料。然而，PEDOT:PSS在蓝光PeLEDs中表现出显著的局限性：其与钙钛矿活性层的能级失配导致高空穴注入势垒和严重的非辐射复合；其固有的吸湿性引入了环境水分，加速了钙钛矿材料的降解和相分离；同时，其电导率易受加工条件和环境因素的影响，导致器件性能不稳定和较大的效率变化。

为了解决这些瓶颈，在HTL和钙钛矿界面之间引入聚合物中间层以构建功能性桥接层已成为一种有效的系统性解决方案。这种中间层结构可以精确调控能带以实现高效空穴注入，利用分子级界面钝化抑制非辐射复合，同时建立一个化学惰性屏障以减轻破坏性反应，从而协同增强光电转换效率和器件工作寿命。在各种选择中，聚（N-乙烯基咔唑）（PVK）因其优异的成膜能力而常优于其他聚合物空穴传输材料，这赋予了其优越的界面质量和稳定性。尽管如此，PVK固有的低载流子迁移率仍然是一个关键瓶颈。尽管已尝试通过掺杂或添加剂工程来改善电荷传输能力，但克服聚合物主链电子结构带来的限制仍具有挑战性。因此，在保留PVK现有界面调控优势的同时，迫切需要通过创新的分子设计开发具有高迁移率的新型聚合物结构体系。

先前的工作报道了无掺杂聚合物HTM“聚乙烯基咔唑基聚合物”，该聚合物通过将非共轭聚乙烯主链与基于咔唑的“A型”侧链结合构建而成。用作PEDOT:PSS和钙钛矿之间的桥接层时，这种结构设计有效地调控了能级，促进了空穴传输及其与钙钛矿层的对齐，并抑制了非辐射复合。基于此结构的天蓝光PeLEDs（发射波长488 nm）表现出3 V的工作电压和3.26%的最大外量子效率，与没有桥接层的器件相比提高了1.27倍。这些性能增强有力地验证了非共轭主链与A型纳米网格芳烃相结合策略的优越性。理论研究表明，在PVK分子主链中引入强吸电子基团（如氰基，-CN）可以通过增强分子偶极矩来优化界面电荷提取效率，并通过分子间偶极-偶极相互作用提高薄膜稳定性。

因此，为了进一步挖掘“分子网格化”策略的潜力并提升器件性能，南京邮电大学解令海等人在保留这一核心策略的同时，引入了氰基以构建给体-受体结构，设计并合成了氰基官能化的A型纳米网格芳烃聚合物P-CzCN。实验表征显示，P-CzCN表现出显著提高的空穴迁移率和优异的缺陷钝化能力。结合理论计算和多尺度表征，本工作系统地阐明了氰基修饰对分子堆积行为、载流子传输路径以及界面能级对齐的协同调控机制。结合P-CzCN桥接层的蓝光PeLEDs在488 nm处实现了4040 cd m⁻²的最大亮度和5.39%的外量子效率。在不同电压下，电致发光光谱始终以488 nm为中心，表现出优异的光谱稳定性。P-CzCN为基于网格的HTM的功能化发展提供了一个重要范例，并对推进蓝光PeLED技术的实际应用具有重要意义。

【结果】

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