Exciton Trapping and Cascade Energy Transfer Enable Highly Efficient Near‐Infrared Electroluminescence in Rare Earth Based Perovskite

材料科学 钙钛矿(结构) 光电子学 电致发光 激子 钝化 兴奋剂 量子效率 带隙 二极管 发光二极管 纳米晶 能量转移 接受者 卤化物 载流子 光子学 发光 发色团 薄膜 异质结 红外线的 荧光粉
作者
Hao Liang,Hong Shen,Tianyuan Wang,Yuqi Wang,Yongsheng Zhu,Xinyu Wang,Wen Xie,Hanqi Xu,Haowei Guan,Donglei Zhou,Jie Zhang,Hongwei Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (78)
标识
DOI:10.1002/adfm.78025
摘要

ABSTRACT Lead‐free rare‐earth‐based halide perovskite have emerged as a promising candidate for near‐infrared light‐emitting diodes (NIR‐LED), yet their development has been hindered by inefficient energy transfer and severe non‐radiative losses. Here, we report a comprehensive optimization strategy for Cs 3 YbBr 6 :Er 3+ nanocrystals through Sb 3+ sensitization and niacin passivation, achieving record‐breaking electroluminescence performance. Systematic investigations reveal that Yb 3+ serves as a critical energy transfer bridge, with optimal 5% Er 3+ doping yielding a PLQY of 20.34% at 1540 nm. The introduction of Sb 3+ as an efficient sensitizer captures free exciton and enhances energy transfer, boosting the 1540 nm PLQY to 36.6%. First‐principles calculations demonstrate that Sb 3+ incorporation reduces the bandgap and promotes charge localization around [SbBr 6 ] 3− octahedra. Furthermore, niacin molecules selectively passivate undercoordinated Yb 3+ sites via carboxyl coordination, reducing film roughness, decreasing trap densities, and achieving balanced carrier mobilities. The resulting LED exhibits multi‐wavelength emissions, peaking at 470 nm, 980 and 1540 nm, respectively. It demonstrates an external quantum efficiency of 9.96% and exceptional operational stability of 753 min (T 50 ), representing the highest efficiency reported for various rare‐earth‐based perovskite LEDs. A practical infrared imaging system is successfully demonstrated, highlighting the potential of this materials platform for next‐generation optoelectronic applications.
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