基于有机—无机杂化钙钛矿纳米晶发光二极管的研究

发布时间：2020-10-21 18:24

　　 有机-无机杂化钙钛矿纳米晶材料由于有较高的荧光量子产率、较大的激子结合能以及高的色纯度等优点,使其可以作为一种很好的发光材料。然而,目前报道的纳米晶悬浮液的浓度比较低,不易成膜,而且器件的稳定性较差,又缺乏蓝光的器件,这些因素严重阻碍了其进一步的发展。本论文发展了一种简单的电场辅助法来组装有机-无机杂化钙钛矿纳米晶高质量薄膜,并实现了有机-无机杂化钙钛矿纳米晶在发光二极管中的应用。主要研究内容如下:一.高质量有机-无机杂化钙钛矿纳米晶薄膜的组装及其高性能的发光二极管针对高荧光量子产率和高稳定性的低浓度钙钛矿纳米晶悬浮液,发展了电场辅助组装纳米晶的方法,成功制备了高荧光量子产率(80%-90%)的钙钛矿纳米晶薄膜。建立了电场强度、外加电场时间、溶液浓度与钙钛矿纳米晶薄膜覆盖率、厚度和粗糙度之间的关系,获得了最优的实验条件。同时将该方法成功拓展到了其它组分的钙钛矿纳米晶,实现从蓝色到红色全色发光的纳米晶发光层。电场辅助法制备的CH3NH3Pb Br3纳米晶薄膜构筑的发光二极管展示出明亮且纯净的绿光,其在10V的驱动电压下亮度最高可达12450 cd/m2。通过优化器件空穴传输层的迁移率,器件的电流效率可达12.7 cd/A,功率效率为9.7 lm/W,外量子效率为3.2%,是目前基于CH3NH3Pb Br3纳米晶发光器件中的最高值,而且比得上一些全无机钙钛矿纳米晶的器件性能。最后,展示了其在柔性发光器件中的应用,器件在弯曲的状态下依然可以发出稳定明亮的绿光。我们的工作为钙钛矿纳米晶在高性能、低成本显示领域的应用奠定了研究基础。二.利用结构和形貌调控实现高稳定性、高效深蓝色钙钛矿发光二极管提出了利用结构与形貌双重维度调控实现高稳定性、高效深蓝色钙钛矿发光二极管器件的新策略。具体指通过二维层状苯乙基胺溴化铅((C6H5C2H4NH3)2Pb Br4,(PEA)2Pb Br4)钙钛矿材料中的有机长链隔开水氧的影响提高稳定性。另一方面,利用溶剂交换法大规模制备出均匀、少层的(PEA)2Pb Br4二维纳米片,增大激子结合能提高发光效率。利用该策略,首次实现了荧光量子产率超过15%的(PEA)2Pb Br4二维纳米片,其发射峰位于410 nm的深蓝色区域,半峰宽只有10.8 nm。基于此,结合电场辅助沉积法,成功地构筑了基于二维钙钛矿结构的(PEA)2Pb Br4二维纳米片的发光器件。该器件呈现出深蓝色的发光,其亮度最大可达147.6 cd/m2,电流效率和EQE分别为0.19 cd/A和0.31%,其性能是目前为止报道过的基于钙钛矿深蓝色发光器件中最好的。更重要的是,基于(PEA)2Pb Br4纳米片的发光二极管表现出了长期的稳定性,可在相对湿度为50%下连续工作65 h。这一工作为设计和制备高稳定性、高效的深蓝色发光材料提供了新思路。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TN312.8
【部分图文】：

薄膜的孔隙中成功地形成了粒径为2nm的MAPbIX3纳米晶颗粒，如图1-1g所示。除了利用二维模板外，Yamauchi 课题组等人使用一种螺旋形的二氧化硅来合成纳米晶（图 1-1h）[32]。由图 1-1i 可知，随着孔隙大小由 11.9 nm 减小到 5.1 nm，CH3NH3PbBr3和 CH3NH3PbI3纳米晶的光致发射峰逐渐发生蓝移现象，说明通过控制模板孔隙的大小可以精确地调控纳米晶的带隙。

谟谢?无机杂化钙钛矿纳米晶发光二极管的研究 第一章5图1-2 （a）热注入法的示意图；（b）通过热注入法制备的CH3NH3PbBr3纳米晶颗粒的TEM图； （c） CH3NH3PbBr3纳米晶溶液在紫外灯照射下的光学照片；（d）分散在甲苯中的CH3NH3PbBr3纳米晶的PL 随紫外光照射时间的变化关系图；（e） CH3NH3PbBr3纳米晶和CH3NH3PbBr3立方相的XRD图；（f）FAPbBr3纳米晶溶液的PL和吸收光谱图1.2.3 配体辅助再沉淀法与热注入法相比，配体辅助再沉淀法操作更加简单、效率更高、条件也更加温和，在合成有机纳米材料中应用广泛[42]。图 1-3a 是配体辅助再沉淀法的示意图[21]，首先将钙钛矿的前驱体（甲基溴化铵和溴化铅）、配体油酸和辛胺溶解在良溶剂（如 DMF）中，然后取一定量的前驱液快速滴入到不良溶剂（如甲苯、己烷等）中并剧烈搅拌。如图 1-3b 所示，随着前驱液的加入，甲苯溶液立刻变为黄绿色，说明钙钛矿在达到过饱和状态后快速重结晶析出纳米晶颗粒。在大多数情况下，得到的胶体溶液中有许多大颗粒，需要通过高速离心来分离大颗粒

他们进行了大量的控制实验。如图 1-4c 所示，当把块状的钙钛溶剂中，可以得到蓝色的样品。这是因为附着在块状钙钛矿表面的配更好的溶解度，含有配体的微小钙钛矿碎片从大块材料中脱落形成，形成的纳米晶尺寸为 2.8nm。再经过超声处理之后，蓝色的粉末纳。同样地，经过研磨之后，CH3NH3Br 和 PbBr2粉末由白色变成黄的激发下，发出绿色的光。加入相同量的配体之后，将粉末与甲苯混到蓝色的纳米晶颗粒。最近，Polavarapu 等人在室温下利用超声出了全无机钙钛矿 CsPbX3纳米晶颗粒[53]。同样地，Zhu 等人需要溶剂的方法来合成 CsPbX3纳米晶[54]，他们通过机械加工粒径为 8.5nm 的纳米晶颗粒。他们使用不同的金属卤化物盐，射光从353nm调控到了658nm的范围。这些方法与合成CH3N米晶的自上而下法非常相似。
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本文编号：2850453