溶液加工钙钛矿发光二极管界面调控及相关研究

发布时间：2020-04-14 01:16

【摘要】：金属卤化物钙钛矿由于具备高载流子迁移率、较高的光致发光效率、窄的发光光谱、光色可调性等优异的光电性能,近几年在光电领域发展迅速。有着多层薄膜结构的钙钛矿电致发光二极管,器件中许多关键的电子过程如:载流子的注入、激子的复合等都发生在“空穴传输层/钙钛矿层”或“钙钛矿层/电子传输层”界面处,因此界面性质成为制约器件性能的关键。钙钛矿薄膜形貌极大影响界面处光学性质、电学性质,例如晶粒尺寸和薄膜缺陷影响激子辐射复合、发光层不连续导致器件漏电流增大。调控前驱体溶液中组分的比例是一种简单的可以改善钙钛矿薄膜质量的方法,但该方法在FAPbBr_3中还未被报道。本论文首次系统研究了前驱体溶液中FABr:PbBr_2摩尔比为1.0:1、1.5:1、2.0:1、2.5:1、3.0:1时钙钛矿薄膜覆盖度、结晶度的变化,以及对其光学性质、器件性能的影响。当FABr:PbBr_2摩尔比为1.0:1时,薄膜不连续且晶粒较大。同时,由于FABr和PbBr_2之间不完全反应导致的Br损失,使该比例下FAPbBr_3薄膜中Pb过量。过量的Pb可以增加非辐射复合速率、减小辐射复合速率从而淬灭发光。我们利用过量的FABr不仅改善了薄膜的连续性和结晶度,同时还提升了薄膜的PL强度和激子寿命。最终,基于这种简单的调控前驱体溶液中有机无机组分摩尔比的方法,将基于多晶FAPbBr_3的正装绿光器件的最大电流效率从0.02 cd/A提升至0.58 cd/A。除了调控钙钛矿薄膜,“空穴传输层(HTL)/钙钛矿层(EML)”或“钙钛矿层/电子传输层(ETL)”界面处激子淬灭、电荷注入平衡也极大影响器件性能,因此我们进一步研究了不同的空穴传输层、电子传输层对器件性能的影响及机理。基于绿光钙钛矿材料FAPbBr_3,通过采用PEDOT:PSS 8000取代PEDOT:PSS 4083作为空穴注入层,使得该器件的最大亮度(L_(max))从7.78×10~3 cd/m~2提升至3.09×10~4 cd/m~2,最大电流效率(CE_(max))从1.3 cd/A提升至6.3 cd/A,最大外量子效率(EQE_(max))从0.11%提升至1.17%。提升幅度分别为:298%、373%、316%。器件性能提升的原因是:虽然PEDOT:PSS 8000具有比PEDOT:PSS 4083更高的功函数,但PEDOT:PSS 8000表面富集的PSS在HTL/EML界面处形成绝缘层,其既阻挡空穴电流有助于电荷平衡又可以减少界面处的激子淬灭。为了进一步平衡过量的空穴电流,在阴极侧选用更小粒径的ZnO NPs(迁移率增大、功函数减小)作为ETL帮助增大电子电流,同时可以减少“钙钛矿层/电子传输层”界面处的激子解离。最终制备的PeLED性能进一步提升至:最大功率效率(PE_(max))为22.3 lm/W,最大电流效率为21.3 cd/A,外量子效率为4.66%,最大亮度为1.09×10~5 cd/m~2。综上,通过优化发光层薄膜和传输层材料,可以改善“传输层/发光层”界面处的光学和电学性质,从而极大提升PeLED器件性能。在溶液加工电致发光二极管器件用于显示领域时,往往会出现新的界面:像素界定层/发光层。该像素界定层一般用光刻法制备,制备过程复杂、材料利用率低。本论文中,我们采用喷墨印刷溶剂在绝缘聚合物层上原位构建微槽作为像素界定结构。喷墨蚀刻工艺不仅消除了光刻的掩模和曝光等过程,而且由于CYTOP聚合物与有机层之间溶剂正交避免了任何溶剂侵蚀,因此能够在任何功能层上制备该结构。最后通过将蓝色发光聚合物喷墨打印到该CYTOP像素界定层中成功制备了像素化显示器件,该器件的分辨率为140 ppi。该方法为设计新的面板结构、器件结构和沉积方法提供了更多选择。
【图文】：

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华南理工大学博士学位论文性最高、稳定性最佳。根据文献报道，为了半径需要满足以下两个条件：容忍因子（0,11]。其中： = 2( ) = 1-2）中，rA、rB、rX分别为 A、B、X 的离体结构将发生扭曲或者对称性降低。此时空隙，八面体通过旋转容纳这些诱导应力，，果 A 离子半径较大，使得 t>1，晶体结构对钙钛矿由三维结构向低维结构转变[12]。

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图 1-2 PeLED 工作原理示意图Figure 1-2 The emission mechanism of PeLED钙钛矿电致发光二极管发展概述发展概述，M. Era 等人[24]就采用二维结构的金属卤I4制备了绿光电致发光器件。但该器件需要在液因此阻碍了其发展。1999 年，David B. Mitzi 等人室温下 EQE 约为 0.11％。但由于发光是来自于此色纯度非常差（半峰宽> 100 nm）。直至 2014 年、用低温溶液法制备了红外和绿光电致发光器件H3NH3PbI3-xClx和 CH3NH3PbBr3作为发光层，并红外和绿光器件的外量子效率分别为 0.76%和 0.
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN383.1;TB383.2

【参考文献】