Perovskite quantum wells yield highly efficient LEDs spanning the visible and near-infrared. Organometal halide perovskites can be processed from solutions at low temperatures to form crystalline direct-bandgap semiconductors with promising optoelectronic properties1,2,3,4,5. However, the efficiency of their electroluminescence is limited by non-radiative recombination, which is associated with defects and leakage current due to incomplete surface coverage6,7,8,9. Here we demonstrate a solution-processed perovskite light-emitting diode (LED) based on self-organized multiple quantum wells (MQWs) with excellent film morphologies. The MQW-based LED exhibits a very high external quantum efficiency of up to 11.7%, good stability and exceptional high-power performance with an energy conversion efficiency of 5.5% at a current density of 100 mA cm−2. This outstanding performance arises because the lower bandgap regions that generate electroluminescence are effectively confined by perovskite MQWs with higher energy gaps, resulting in very efficient radiative decay. Surprisingly, there is no evidence that the large interfacial areas between different bandgap regions cause luminescence quenching.

Abstract Efficiency roll-off is a major issue for most types of light-emitting diodes (LEDs), and its origins remain controversial. Here we present investigations of the efficiency roll-off in perovskite LEDs based on two-dimensional layered perovskites. By simultaneously measuring electroluminescence and photoluminescence on a working device, supported by transient photoluminescence decay measurements, we conclude that the efficiency roll-off in perovskite LEDs is mainly due to luminescence quenching which is likely caused by non-radiative Auger recombination. This detrimental effect can be suppressed by increasing the width of quantum wells, which can be easily realized in the layered perovskites by tuning the ratio of large and small organic cations in the precursor solution. This approach leads to the realization of a perovskite LED with a record external quantum efficiency of 12.7%, and the efficiency remains to be high, at approximately 10%, under a high current density of 500 mA cm −2 .

Abstract Quasi‐2D layered organometal halide perovskites have recently emerged as promising candidates for solar cells, because of their intrinsic stability compared to 3D analogs. However, relatively low power conversion efficiency (PCE) limits the application of 2D layered perovskites in photovoltaics, due to large energy band gap, high exciton binding energy, and poor interlayer charge transport. Here, efficient and water‐stable quasi‐2D perovskite solar cells with a peak PCE of 18.20% by using 3‐bromobenzylammonium iodide are demonstrated. The unencapsulated devices sustain over 82% of their initial efficiency after 2400 h under relative humidity of ≈40%, and show almost unchanged photovoltaic parameters after immersion into water for 60 s. The robust performance of perovskite solar cells results from the quasi‐2D perovskite films with hydrophobic nature and a high degree of electronic order and high crystallinity, which consists of both ordered large‐bandgap perovskites with the vertical growth in the bottom region and oriented small‐bandgap components in the top region. Moreover, due to the suppressed nonradiative recombination, the unencapsulated photovoltaic devices can work well as light‐emitting diodes (LEDs), exhibiting an external quantum efficiency of 3.85% and a long operational lifetime of ≈96 h at a high current density of 200 mA cm −2 in air.

Abstract Solution-processed metal halide perovskites have been recognized as one of the most promising semiconductors, with applications in light-emitting diodes (LEDs), solar cells and lasers. Various additives have been widely used in perovskite precursor solutions, aiming to improve the formed perovskite film quality through passivating defects and controlling the crystallinity. The additive’s role of defect passivation has been intensively investigated, while a deep understanding of how additives influence the crystallization process of perovskites is lacking. Here, we reveal a general additive-assisted crystal formation pathway for FAPbI 3 perovskite with vertical orientation, by tracking the chemical interaction in the precursor solution and crystallographic evolution during the film formation process. The resulting understanding motivates us to use a new additive with multi-functional groups, 2-(2-(2-Aminoethoxy)ethoxy)acetic acid, which can facilitate the orientated growth of perovskite and passivate defects, leading to perovskite layer with high crystallinity and low defect density and thereby record-high performance NIR perovskite LEDs (~800 nm emission peak, a peak external quantum efficiency of 22.2% with enhanced stability).

Abstract Mixed iodide‐bromide organolead perovskites with a bandgap of 1.70–1.80 eV have great potential to boost the efficiency of current silicon solar cells by forming a perovskite‐silicon tandem structure. Yet, the stability of the perovskites under various application conditions, and in particular combined light and heat stress, is not well studied. Here, FA 0.15 Cs 0.85 Pb(I 0.73 Br 0.27 ) 3 , with an optical bandgap of ≈1.72 eV, is used as a model system to investigate the thermal‐photostability of wide‐bandgap mixed halide perovskites. It is found that the concerted effect of heat and light can induce both phase segregation and decomposition in a pristine perovskite film. On the other hand, through a postdeposition film treatment with benzylamine (BA) molecules, the highly defective regions (e.g., film surface and grain boundaries) of the film can be well passivated, thus preventing the progression of decomposition or phase segregation in the film. Besides the stability improvement, the BA‐modified perovskite solar cells also exhibit excellent photovoltaic performance, with the champion device reaching a power conversion efficiency of 18.1%, a stabilized power output efficiency of 17.1% and an open‐circuit voltage ( V oc ) of 1.24 V.

The increasing demands for more efficient and brighter thin-film light-emitting diodes (LEDs) in flat-panel display and solid-state lighting applications have promoted research into three-dimensional (3D) perovskites. These materials exhibit high charge mobilities and low quantum efficiency droop

Ion migration is a major factor affecting the long term stability of perovskite light-emitting diodes (LEDs), which limits their commercialization potential. The accumulation of excess halide ions at the grain boundaries of perovskite films is a primary cause of ion migration in these devices. Here, it is demonstrated that the channels of ion migrations can be effectively impeded by elevating the hole transport layer between the perovskite grain boundaries, resulting in highly stable perovskite LEDs. The unique structure is achieved by reducing the wettability of the perovskites, which prevents infiltration of the upper hole-transporting layer into the spaces of perovskite grain boundaries. Consequently, nanosized gaps are formed between the excess halide ions and the hole transport layer, effectively suppressing ion migration. With this structure, perovskite LEDs with operational half-lifetimes of 256 and 1774 h under current densities of 100 and 20 mA cm