基于CsPbBr 3 钙钛矿材料的光电器件优化及性能研究
发布时间：2021-10-29 09:14
20世纪以来,半导体量子点显示器相比有机发光二极管（OLED）具有更独特的优势而倍受青睐,包括窄的半峰宽,尺寸可调的发射波长,非常高的荧光量子产率（PLQY）,不错的光稳定性和热稳定性,等等。因此,具有简化的器件结构,短响应时间,低功耗,高对比度和宽视角的量子点发光二极管（QLED）已被认为是下一代显示器。传统合成CsPbBr3量子点的方法大多是使用油胺与油酸作为配体,然而这些配体的导电性不好,势必会影响QLED的效率,所以寻找一种新的配体代替这些不导电的配体至关重要。而钙钛矿体材料成膜性较差,通常它的薄膜有较大的孔洞与缺陷态,不利于电子与空穴的复合,所以只有解决体材料薄膜形貌问题才能提高钙钛矿发光二极管（Pe LED）的性能。本课题首先制备CsPbBr3钙钛矿量子点溶液,使用高温合成与室温合成两种方法对其性能进行对比,经过比较我们决定使用光学性能更佳的室温合成法合成的量子点。然后我们用三种不同的空穴传输层PVK（聚乙烯咔唑）、poly-TPD（4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物）、PTAA（聚[双（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]）...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CsPbX3材料与器件结构展示[6,9]
1.2全无机钙钛矿CsPbX3的结构与光学性质1.2.1钙钛矿的单个晶胞结构上文说到钙钛矿一般具有ABX3这样典型的化学结构，如图1.2所示，铅卤钙钛矿单个晶胞是一个以铅原子为中心的立方晶体结构，其中A可以是有机分子(比如CH3NH3+和CH(NH2)2+等)也可以为无机物（如Cs+、Sn2+、Cd2+、Zn2+离子等），分布在立方体的八个顶角上；B为Pb2+离子，在晶胞的中心处；X为I，Br或Cl卤素元素，如图所示分布在正方体的六个面的中心处。根据A离子是否含有有机成分通常可以把钙钛矿化分为有机-无机杂化钙钛矿与全无机钙钛矿。图1.2CsPbX3钙钛矿单个晶胞结构展示[10]Figure1.2StructureofasingleunitcellofCsPbX3perovskite1.2.2钙钛矿的4种形态根据钙钛矿晶体生长形态与尺寸的不同，通常将CsPbX3钙钛矿材料分为4种常见的形态，如图1.3所示分别为（a）：零维的量子点材料，（b）：一维的纳米线材料，（c）：二维的纳米片材料与（d）：三维的体材料。对于量子点材料来说，一般它的晶体尺寸小于20nm，也就是说它自身的粒径小于激子波尔半径，具有很明显的量子效应，再加上他的尺寸非常小，所以我们习惯称它为量子点零维材料，对于三维体材料来说，它的结晶体厚度一般超过100nm，没有量子效应，由于结晶体较厚我们习惯叫它体材料。迄今为止，研究者们已经开发许多方法（例如：热注射，阴离子交换，室温再沉淀，超声处理）用于合成不同形态的CsPbX3钙钛矿材料，CsPbX3钙钛矿晶体的尺寸大小与钙钛矿的光学特性直接相关，为了有效地获得可调光谱的钙钛矿材料，研究者们希望钙钛矿的尺寸与形态具有高度的可调与可控性。钙钛矿的形态生长受到合成温度与配体量的严格控制，配体主要是一些有机分子链，通常有油酸，油胺等常见配体，这种链状结构的配体可?
响器件的寿命与性能。另一方面不同的合成温度可以控制钙钛矿晶体的生长方向，如CsPbBr3在88℃的环境下从正交晶系转到了四方晶系，超过130℃时会转为立方晶系。通过调节合成温度与配体的使用量可以让钙钛矿改变生长形态与晶体尺寸大小，当量子点零维材料只向某一维度生长时，就会形成纳米线一维材料，向两个维度生长就会产生纳米片二维材料，如果向三个维度生长结晶就会产生三维体材料。本文主要研究CsPbBr3量子点材料与体材料两种形态下的PeLED器件性能，通过优化器件结构与改善钙钛矿发光层形貌使得器件性能得以提升。图1.3CsPbX3钙钛矿的4种形态展示Figure1.3ThefourmorphologiesofCsPbX3perovskite1.2.3钙钛矿量子点的光学特性[35]上文说到CsPbX3钙钛矿量子点具有光谱可调节这一优异的特性，接下来我们介绍一下具体是怎样操作的。现在的研究者们主要使用两种方法调节钙钛矿量子点的发射光谱峰位：一是合成不同晶体尺寸的钙钛矿量子点，量子点粒径大小可以通过合成温度的高低与配体的使用量来控制[35]，通常来说，在合成钙钛矿量子点的过程中，使用的反应温度越高，添加的配体量越多钙钛矿量子点的尺寸就会越小，如图1.4（a）所示，当合成钙钛矿量子点的大小增加或减小时，该量子点的PL峰位就会移至更长或更短的波长一侧。另一种方法是可以通过改变卤素阴离子的元素组成来调节PL特性，如图1.4（b）所示将Cl阴离子引入到CsPbBr3钙钛矿量子点反应体系后，制备了CsPb（Cl/Br）3纳米晶体，随着钙钛矿量子点中Cl阴离子含量的增加，PL峰会出现蓝移现象，值得注意的是，Cl阴离子的添加不会影响量子点的结晶度、单分散性和形态。同理可得，I阴离子增加可以使CsPbBr3钙钛矿量子的PL峰产生红移现象，值得注意的是，由于Cl离子与I离子的?
本文编号：3464399
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CsPbX3材料与器件结构展示[6,9]
1.2全无机钙钛矿CsPbX3的结构与光学性质1.2.1钙钛矿的单个晶胞结构上文说到钙钛矿一般具有ABX3这样典型的化学结构，如图1.2所示，铅卤钙钛矿单个晶胞是一个以铅原子为中心的立方晶体结构，其中A可以是有机分子(比如CH3NH3+和CH(NH2)2+等)也可以为无机物（如Cs+、Sn2+、Cd2+、Zn2+离子等），分布在立方体的八个顶角上；B为Pb2+离子，在晶胞的中心处；X为I，Br或Cl卤素元素，如图所示分布在正方体的六个面的中心处。根据A离子是否含有有机成分通常可以把钙钛矿化分为有机-无机杂化钙钛矿与全无机钙钛矿。图1.2CsPbX3钙钛矿单个晶胞结构展示[10]Figure1.2StructureofasingleunitcellofCsPbX3perovskite1.2.2钙钛矿的4种形态根据钙钛矿晶体生长形态与尺寸的不同，通常将CsPbX3钙钛矿材料分为4种常见的形态，如图1.3所示分别为（a）：零维的量子点材料，（b）：一维的纳米线材料，（c）：二维的纳米片材料与（d）：三维的体材料。对于量子点材料来说，一般它的晶体尺寸小于20nm，也就是说它自身的粒径小于激子波尔半径，具有很明显的量子效应，再加上他的尺寸非常小，所以我们习惯称它为量子点零维材料，对于三维体材料来说，它的结晶体厚度一般超过100nm，没有量子效应，由于结晶体较厚我们习惯叫它体材料。迄今为止，研究者们已经开发许多方法（例如：热注射，阴离子交换，室温再沉淀，超声处理）用于合成不同形态的CsPbX3钙钛矿材料，CsPbX3钙钛矿晶体的尺寸大小与钙钛矿的光学特性直接相关，为了有效地获得可调光谱的钙钛矿材料，研究者们希望钙钛矿的尺寸与形态具有高度的可调与可控性。钙钛矿的形态生长受到合成温度与配体量的严格控制，配体主要是一些有机分子链，通常有油酸，油胺等常见配体，这种链状结构的配体可?
响器件的寿命与性能。另一方面不同的合成温度可以控制钙钛矿晶体的生长方向，如CsPbBr3在88℃的环境下从正交晶系转到了四方晶系，超过130℃时会转为立方晶系。通过调节合成温度与配体的使用量可以让钙钛矿改变生长形态与晶体尺寸大小，当量子点零维材料只向某一维度生长时，就会形成纳米线一维材料，向两个维度生长就会产生纳米片二维材料，如果向三个维度生长结晶就会产生三维体材料。本文主要研究CsPbBr3量子点材料与体材料两种形态下的PeLED器件性能，通过优化器件结构与改善钙钛矿发光层形貌使得器件性能得以提升。图1.3CsPbX3钙钛矿的4种形态展示Figure1.3ThefourmorphologiesofCsPbX3perovskite1.2.3钙钛矿量子点的光学特性[35]上文说到CsPbX3钙钛矿量子点具有光谱可调节这一优异的特性，接下来我们介绍一下具体是怎样操作的。现在的研究者们主要使用两种方法调节钙钛矿量子点的发射光谱峰位：一是合成不同晶体尺寸的钙钛矿量子点，量子点粒径大小可以通过合成温度的高低与配体的使用量来控制[35]，通常来说，在合成钙钛矿量子点的过程中，使用的反应温度越高，添加的配体量越多钙钛矿量子点的尺寸就会越小，如图1.4（a）所示，当合成钙钛矿量子点的大小增加或减小时，该量子点的PL峰位就会移至更长或更短的波长一侧。另一种方法是可以通过改变卤素阴离子的元素组成来调节PL特性，如图1.4（b）所示将Cl阴离子引入到CsPbBr3钙钛矿量子点反应体系后，制备了CsPb（Cl/Br）3纳米晶体，随着钙钛矿量子点中Cl阴离子含量的增加，PL峰会出现蓝移现象，值得注意的是，Cl阴离子的添加不会影响量子点的结晶度、单分散性和形态。同理可得，I阴离子增加可以使CsPbBr3钙钛矿量子的PL峰产生红移现象，值得注意的是，由于Cl离子与I离子的?
本文编号：3464399
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3464399.html
