基于溴化钙钛矿薄膜优化与电致发光器件的研究
发布时间：2020-08-08 04:09
【摘要】：近几年来,一种最具潜力的新型光电材料—有机-无机金属卤化物钙钛矿材料的出现,使得人们的目光再次聚焦在光伏、发光器件、激光、传感器等多个领域。相比于传统的半导体材料,这种新型的半导体材料具有原料来源广,可溶液处理、合成简单、载流子迁移率高、带隙可调,可实现光谱调控等诸多优点。自2014年,剑桥大学Tan.et al首次实现以甲胺铅溴(MAPbBr3)作为主体发光材料在室温下发光以来,短短的几年时间内其钙钛矿发光二极管的性能大幅度提升。但是钙钛矿材料在电致发光器件研究领域中还存在诸多问题亟待解决,如改善钙钛矿薄膜的结晶形貌,减少漏电流,提高其稳定性等。本论文结合研究团队在有机电致发光器件研究基础之上,通过制备出高质量钙钛矿薄膜,从而提高钙钛矿发光二极管的亮度和效率,主要工作包括以下三个方面:1.采用一步旋涂工艺制备钙钛矿薄膜的基础上,向MAPbBr3钙钛矿前驱液中加入不同体积的苯乙胺溶液,通过分析苯乙胺溶液对MAPbBr3薄膜形成的形貌特征和晶体特性之间的关系,结合相应的器件性能测试结果,以此来探究苯乙胺溶液对MAPbBr3钙钛矿薄膜的性能并优化工艺,从而获得最大亮度29268 cd/m2和最高效率9.81 cd/A的钙钛矿发光二极管。2.研究不同添加剂,苯胺溴、苯甲胺溴和苯乙胺溴三种物质对钙钛矿薄膜形貌和器件性能的影响,揭示添加不同链长的苯基烷胺溴对最终钙钛矿发光二极管性能的影响规律。研究发现当没有二维材料的添加时,MAPbBr3形成的薄膜颗粒较大,覆盖率较低,荧光强度和荧光寿命较差。当在MAPb Br3中引入过量的苯胺溴,苯甲胺溴或者苯乙胺溴,薄膜覆盖率达到100%,随着二维材料含量的不断增大,苯胺溴对钙钛矿薄膜的影响变化最大,薄膜覆盖率急剧下降,颗粒明显变大,苯甲胺次之,苯乙胺溴变化较小,薄膜覆盖率较高,从而可以得出,链长越长,对MAPbBr3影响越大,薄膜颗粒越小,覆盖率越低。链长越长对发光二极管的传输性能越差,从而导致发光二极管的性能较差,但是链长越长发光二极管的稳定性越好。反之链长越短,发光二极管的传输性越好,但是当MAPbBr3中含量稍微减少的时候,薄膜的覆盖率急剧下降,导致发光二极管的漏电流较大,从而使得发光二极管的性能变差,发光二极管的稳定性越差。3.空气中制备全无及钙钛矿(CsPbBr3)薄膜,通过改变CsBr,PbBr2的比例调控晶体结构,当CsBr的添加未过量的时候,CsPbBr3薄膜的晶体结晶性很差,并且存在枝状晶体生长,同时也会导致薄膜覆盖率很差;随着CsBr添加的比例逐渐提高到,CsPbBr3薄膜晶体结晶性越来越好,颗粒明显减小,薄膜覆盖率明显提高,生长被适量的CsBr所抑制,从初始的枝状晶体转化为立方状晶体。此外,当CsBr在薄膜中过量的时候,会形成不同的晶体结构,从而导致薄膜的荧光强度很强,器件的性能大幅度提升,最终得到4.6cd/A的效率和43686cd/m2的亮度的高性能发光二极管。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN383.1;TB383.2
【图文】：
第一章 绪论引言随着科学技术的高速发展，各种各样的新型技术应用于人类生活之中，其中信息显术发展最为显著。自阴极射线管（CRT）诞生以来，便开启了显示技术领域的新篇但其功耗大，寿命短等缺点，促使显示技术不断发展改进。进入 21 世纪，具有低，超薄，色纯度高，可弯曲，尺寸多样的高分辨率有机半导体显示技术（OLED）优越的性能应际而生，自此显示技术进入一个新的领域。作为电致发光领域最具热研究之一，使其迅速发展并得以商业化。从 OLED 的屏幕显示技术主要由三星掌握今京东方，华星光电等诸多 OLED 平面显示企业孕育而生，开辟 OLED 显示屏的链，如图 1.1 所示为 OLED 在产业中的应用。随着 OLED 显示技术的完善，研究者将目光转移到一些原料成本更低，来源更广和性能更高的光电材料。
西北大学硕士学位论文是需要背光源，这大大加大了制备工艺的复杂性和制备成本。另一类是有机发光半导，早在 1987 年，由美国柯达公司提出的“三明治”器件结构是 OLED 研究进入一个新领域的重要标志[1]。这种夹层式结构即在发光材料两边通过旋涂或蒸镀有机功能材（空穴和电子传输层），阳极用透明电极（ITO 或者 FTO）以利于光的出射，阴极用属材料（Al 或 Ag）调控电子注入。当在电极两边加上直流电源，通过电场的驱动，没有背光源的条件下，载流子进行注入和复合从而实现自主发光。根据有机功能层的别，分成单层，双层，三层和多层结构[2]，如图 1.2 所示。
将各类化学元素不相同但晶体结构与 a i3相似的材料统称钙钛矿，通使用 X3来表示，其中 A 表示 CH3NH3+（MA+）、 、 (NH2)2CH+（FA+）等一价离子，B 表示b2、n2、e2等二价金属阳离子，X 表示 l 、 r 、 等一价卤素离子。A 位于立方晶胞的中心处，同时又与 12 个 X 搭配构成正八面体。B 位于立方胞的顶角，同时又与 6 个 X 配位形成八面体[17, 18]，如图 1.3 所示。其中，容许因子τ作 X3能否构成稳定三维结构的重要参数，可以表示为：τ =rArB√2(rBrx)（1.1）（1.1）中，rA是 A（阳离子）的半径；rB是 B（金属离子）的半径；rX是 X（阴离子）半径。只有 的值介于 0.813 与 1.107 之间时，钙钛矿的晶格才可以稳定存在。当 值小时，钙钛矿结构的对称性会降低，转化为 相或 相。当 值较大时，使得三维钙钛向低维钙钛矿转变。此外，八面体因子 （ = rB/rX）的值介于 0.44 与 0.90 之间更加利于立方晶格的稳定[19-21]。
本文编号：2785026
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN383.1;TB383.2
【图文】：
第一章 绪论引言随着科学技术的高速发展，各种各样的新型技术应用于人类生活之中，其中信息显术发展最为显著。自阴极射线管（CRT）诞生以来，便开启了显示技术领域的新篇但其功耗大，寿命短等缺点，促使显示技术不断发展改进。进入 21 世纪，具有低，超薄，色纯度高，可弯曲，尺寸多样的高分辨率有机半导体显示技术（OLED）优越的性能应际而生，自此显示技术进入一个新的领域。作为电致发光领域最具热研究之一，使其迅速发展并得以商业化。从 OLED 的屏幕显示技术主要由三星掌握今京东方，华星光电等诸多 OLED 平面显示企业孕育而生，开辟 OLED 显示屏的链，如图 1.1 所示为 OLED 在产业中的应用。随着 OLED 显示技术的完善，研究者将目光转移到一些原料成本更低，来源更广和性能更高的光电材料。
西北大学硕士学位论文是需要背光源，这大大加大了制备工艺的复杂性和制备成本。另一类是有机发光半导，早在 1987 年，由美国柯达公司提出的“三明治”器件结构是 OLED 研究进入一个新领域的重要标志[1]。这种夹层式结构即在发光材料两边通过旋涂或蒸镀有机功能材（空穴和电子传输层），阳极用透明电极（ITO 或者 FTO）以利于光的出射，阴极用属材料（Al 或 Ag）调控电子注入。当在电极两边加上直流电源，通过电场的驱动，没有背光源的条件下，载流子进行注入和复合从而实现自主发光。根据有机功能层的别，分成单层，双层，三层和多层结构[2]，如图 1.2 所示。
将各类化学元素不相同但晶体结构与 a i3相似的材料统称钙钛矿，通使用 X3来表示，其中 A 表示 CH3NH3+（MA+）、 、 (NH2)2CH+（FA+）等一价离子，B 表示b2、n2、e2等二价金属阳离子，X 表示 l 、 r 、 等一价卤素离子。A 位于立方晶胞的中心处，同时又与 12 个 X 搭配构成正八面体。B 位于立方胞的顶角，同时又与 6 个 X 配位形成八面体[17, 18]，如图 1.3 所示。其中，容许因子τ作 X3能否构成稳定三维结构的重要参数，可以表示为：τ =rArB√2(rBrx)（1.1）（1.1）中，rA是 A（阳离子）的半径；rB是 B（金属离子）的半径；rX是 X（阴离子）半径。只有 的值介于 0.813 与 1.107 之间时，钙钛矿的晶格才可以稳定存在。当 值小时，钙钛矿结构的对称性会降低，转化为 相或 相。当 值较大时，使得三维钙钛向低维钙钛矿转变。此外，八面体因子 （ = rB/rX）的值介于 0.44 与 0.90 之间更加利于立方晶格的稳定[19-21]。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 覃翔;董焕丽;胡文平;;溴化钙钛矿绿色发光二极管（英文）[J];Science China Materials;2015年03期
本文编号：2785026
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