谱镭光电显微光谱测量系统助力准二维铅溴钙钛矿研究：精准拍摄SAM 薄膜表面光学显微图像

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钙钛矿发光二极管（PeLED）因其高发光效率、出色的显色性和可制造性等优势，已成为未来显示和照明应用的有前途的候选者。在典型的 PeLED 器件中，包括阳极、阴极、空穴传输层（HTL）、电子传输层（ETL）和钙钛矿发光层（EML），实现高效的电荷载流子注入对于增强电子-空穴对的形成以及通过钙钛矿 EML 内的辐射复合促进光子发射至关重要。PVK是一种常用的 HTL 材料，在基于溴化物的 PeLED 器件中得到广泛应用，因其能级排列良好。然而，PVK 与氧化铟锡（ITO）电极之间的能级差异给空穴注入带来了障碍。因此，提高 ITO 与 PVK 界面处的空穴注入效率对于提升 PeLED 器件的性能至关重要。

在这项工作中，通过用自组装单分子层（SAM）Me-4PACz对氧化铟锡（ITO）进行改性，制备了准二维绿色钙钛矿发光二极管（PeLEDs）。将 Me-4PACz 应用于 ITO 表面，降低了 ITO/PVK 界面的空穴注入能垒，同时增强了沉积在 ITO/Me-4PACz 基底上的 PVK 层的结构强度，从而促进了钙钛矿层质量的提升。研究结果表明，Me-4PACz 分子结构中引入的甲基对其增强效果起着关键作用。

研究中，团队使用杭州谱镭光电的显微光谱测量系统（ProSp-Micro-MVlS）拍摄了 SAM 薄膜表面的光学显微图像。

4PACz 和 Me-4PACz 的化学结构极为相似，唯一的区别在于 Me-4PACz 中在咔唑环上存在两个甲基（图 1a）。对于基于膦酸的咔唑自组装分子材料。可以使用 DLS 技术来确定 SAM 分子在溶液中的聚集状态（图 1b）。DLS 测量结果表明，Me-4PACz 微囊在溶液中的平均粒径约为 240 纳米，明显小于 4PACz 微囊在溶液中的平均粒径约 710 纳米。这种显著的聚集减少可能是由于 Me-4PACz 分子中的咔唑环上存在甲基，这些甲基会干扰分子之间的氢键形成。通过光学显微镜进一步观察 SAM 的形态，发现经过 4PACz 改性处理后，ITO 表面出现了细长的棒状颗粒；而经过 Me-4PACz 改性处理后的 ITO 表面则未观察到这种形态（图 1c 和 d）。这表明，在溶液处理之后，4PACz 分子在 ITO 表面表现出明显的聚集现象，而非均匀的吸附。4PACz 分子的聚集影响了致密且均匀的 SAM 的形成，从而阻碍了高效且均匀的空穴注入以及 PVK 层的沉积。与 4PACz 材料相比，由 Me-4PACz 形成的 SAM 没有这种不利因素，这归因于其在溶液中的优异分散性。（显微光谱测量系统（ProSp-Micro-MVlS））

为了了解 SAM 的引入对 PVK 层结构弹性的影响，本文对 ITO 与 PVK 之间的附着力进行了有 SAM 和无 SAM 两种情况下的测量。在附着力测试中，使用胶带将 PVK 薄膜牢固地粘附在表面上，并将附着有牢固 PVK 层的胶带从 ITO 或 ITO/SAM 表面分离出来，以测量分离 PVK 所需的机械力。附着力测试表明，将 PVK 从原始 ITO 基底表面分离以及从经过 4PACz 改性的 ITO 基底表面分离所需的力是相似的，而将 PVK 薄膜从 ITO/Me-4PACz 表面分离所需的力则显著增加。PVK 层结构强度的增强归因于紧密且均匀的 Me-4PACz 层，这有利于强化层间相互作用，这种相互作用表现为两层之间π键的堆叠。

构建了以磺酸基聚合物（SAM）作为空穴注入层的准二维绿色钙钛矿发光二极管，以评估 SAM 结构对器件性能的影响。该准二维钙钛矿发光二极管采用的器件结构为 ITO/Me-4PACz/PVK/钙钛矿/TPBi/LiF/Al（4a）。通过在 ITO 表面涂覆 Me-4PACz 来改善其表面能级对齐，从而增强了 ITO 的电荷提取能力，尤其是对空穴注入的增强作用。这一结果归因于 SAM 在 ITO 表面形成的界面偶极层，该层增加了 ITO 表面的功函数。图 b 和图 c 分别展示了器件的电流密度-电压-亮度（J-V-L）曲线和量子效率-电流密度（EQE-J）曲线。采用 Me-4PACz 空穴注入层的器件表现出约 15.2% 的最大量子效率和 31，042 cd m-2 的峰值亮度，与对照器件相比均有显著提升。此外，为了评估钙钛矿发光二极管在长时间运行过程中的性能，测量了在恒定电流密度为 0.35 mA cm-2 下器件亮度随时间的变化情况（图 d）。在图d 中，使用 ITO/Me-4PACz/PVK 制成的器件的 T50 接近一小时，而未使用 Me-4PACz 制成的器件的 T50 则少于 50 分钟。

综上所述，通过利用磺酸酯类化合物（SAMs）来形成空穴注入层，从而提高有机发光二极管（PeLED）性能的方法已被证明是切实可行且有效的。最佳的 PeLED 实现了约 15.2% 的效率和 31042 cd m-2 的峰值亮度。本研究强调了头部基团设计在磺酸酯类化合物的功能性中的重要性，并为设计新的磺酸酯类材料以创建更出色的钙钛矿光电设备提供了视角。

参考文献

Yang Y, Xu J, Lai R, Zou C, Zhao B, Di D. Suppressing Auger Recombination in Quasi-2D Lead-Bromide Perovskites for Low-Threshold ASE. In: 2025 Photonics & Electromagnetics Research Symposium-Fall (PIERS-Fall): IEEE; 2025. pp. 1-5.

显微光谱测量系统 ProSp Micro

ProSp-Micro 系列显微光谱测量系统，巧妙的把荧光、拉曼和反射光谱测量功能集成到了一个系统上，实现显微荧光、拉曼和反射光谱的测量。完整的显微光谱测量系统由光谱仪、激光器、光源、显微光谱测量模块、显微镜、二维扫描台等构成。系统集成了显微镜功能、光谱测量功能和二维扫描MAP功能，实现了显微镜、光谱仪和扫描台的完美结合。

功能：

◆显微荧光测量

◆显微拉曼测量

◆显微反射测量

◆LBIS光谱测量

◆Mapping 光谱测量

◆正常显微镜功能

测试实例：

拉曼光谱R6G，浓度10⁻⁷, Si基底，Au Sers增强，532nm激发

荧光光谱：钙钛矿

反射光谱：薄膜样品，二维扫描

应用：

◆微流控领域:可以观察和精确定位样品区域，并进行荧光、拉曼和反射光谱的测量;

◆农业领域:如测量某种叶片某个区域的荧光、拉曼或者反射光谱的强度分布，研究病虫害情况等;

◆激光材料领域:研究材料荧光信号、拉曼信号，从而评价材料性能和参数指标;

◆光子晶体领域:如测量利用光子晶体原理制造的纺织品，测量某微小区域的颜色值等

◆材料研究领域:通过研究材料微观区域的光谱情况，来研究材料特性。

显微光谱模块采用共焦光路设计，极大优化了系统性能，通过切换拨杆到3个不同的位置，分别实现显微荧光/反射光谱测量、显微拉曼光谱测量和显微镜功能，光谱范围覆盖380-2500nm，荧光显微光谱模块，针对激发波长做优化，确保荧光效率最佳，双光谱显微光谱模块可以把通用光谱、荧光光谱和拉曼光谱混合使用，极大的扩展了仪器的应用范围。