CsPbX3钙钛矿LED制备及器件稳定性研究
发布时间：2020-05-28 08:18
【摘要】：近年来,钙钛矿量子点因其优越的光电性能引起了广泛的关注,全无机钙钛矿量子点CsPbX3(X=Cl,Br,I)具有更好的稳定性,量子产率高、半峰宽窄、色纯度高、色域广、能耗低等优势成为新一代量子点显示技术(QLED)的核心材料。然而目前对材料表面配体及钙钛矿层薄膜等问题的研究还存在不足,量子点表面长链的配体阻碍了载流子的传输,旋涂法制备的薄膜性能较差,缺陷较多。本文通过考察量子点浓度、薄膜退火温度、表面配体数量对薄膜形貌及LED性能的影响,采用聚氧化乙烯(PEO)掺杂的方法,提高了CsPbBr3薄膜的性能,制备了红、绿、蓝LED发光器件。论文主要研究内容如下:(1)利用“热注入法”合成了CsPbX3(X=Cl,Br,I)全无机钙钛矿量子点,并通过改变卤素原子的种类及比例,使得CsPbX3(X=Cl,Br,I)量子点发光在可见光范围(400-700 nm)内可调。制备了波长分别为692 nm、516 nm、408 nm的红、绿、蓝三种全无机钙钛矿量子点LED器件,为全无机钙钛矿量子点LED在白光照明领域上的应用提供了参考。(2)考察了量子点表面配体数量、量子点浓度及退火温度等工艺参数对量子点层薄膜形貌及LED性能参数的影响。发现随着清洗次数的增加,量子点表面的配体的数量逐渐减少;随着量子点浓度的增加,LED效率先升高后降低;退火温度提高,薄膜的缺陷增多,粗糙度增加。当量子点配体清洗两次,量子点浓度为20 mg/ml,退火温度为20 ℃,钙钛矿LED表现出的性能最优。(3)利用“一步法”制备了CsPbBr3钙钛矿薄膜,通过PEO掺杂的方法优化了薄膜表面形貌,减少了表面缺陷,得到高量子产率、高致密性、低粗糙度的CsPbBr3薄膜,考察了PEO掺杂浓度对钙钛矿薄膜表面形貌及LED器件性能的影响,并从荧光强度、钙钛矿层薄膜性能、荧光寿命等方面对实验结果进行解析,发现随PEO掺杂浓度的增加,LED性能先升高后降低,原因是掺杂过后减少了薄膜表面缺陷,导致激子辐射复合率增加,而浓度过高则其导电性下降。得到优化的钙钛矿LED,其最大亮度和外量子效率分别为1223 cd/m2和0.26%,比未掺杂PEO的器件性能提升了5倍以上。
【图文】：
代显示技术发展的趋势。从１９９３年至今，关于量子点材料的研宄已经由最开始的逡逑ＣｄＳｅ／ＺｎＳ镉系量子点逐渐向发展空间更大的钙钛矿量子点转移。而目前，在显示领域逡逑常见的几种量子点中（图１．１），钙钛矿量子点由于具有较高的量子产率、半峰宽窄、载流逡逑子传输速率快、带隙可调、色域广、成本低等特点［３＿８］，因此在光电显示领域，有着巨逡逑大的应用前景，有望成为新一代显示技术的核心材料。逡逑１卜Ｗ族逦Ｕ１￣Ｖ族逦ＡＢＸ，型逦ＡＢＸ，斟逡逑ＣｄＳｅ／ＺｎＳ逦ＩｎＰ／ＺｎＳ逦ＣｓＰｂＸ，逦ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＸ３逡逑ＢＲＳＩＩ邋ｉ逦＿邋二■ＨＢＢ逡逑＼ｗ邋ｙ邋R斟澹椋辏浚蝈錡逡逑＊邋’逦Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ｎｍ逦Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ｍｎ逦Ｗａｖｃｌｃｎｇｔｌｉ邋ｎｎｉ逡逑ｔ＿逦Ｌ，逦＿Ｉ逡逑１９９３逦２００２逦２０１５逡逑ｔ‘峰宽：３０？５０邋ｎｍ逦、卜？峰宽：４０？６０邋ｎｍ逦丨辨宽：￣２０－４０邋ｎｍ逡逑鲮子效率：６０％？９０°／。邋｜欨子效率：５０°／。？７０％逦｜邋Ｍ子效率：６０％？９０％逡逑图ｌ．ｉ在显示器件中具有重要应用前景的几类量子点ｉ９ｉ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｅｖｅｒａｌ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｄｏｔｓ邋ｆｏｒ邋ｄｉｓｐｌａｙ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ１９１逡逑钙钛矿量子点发光二极管（ＰｅＬＥＤｓ）是一种具有新型结构的薄膜发光显示器件（图逡逑１．２），与传统的镉系核壳量子点相比较，全无机钙钛矿材料的发射峰半峰宽较窄（２０邋ｎｍ－逡逑４０ｍｎ）
－７邋－Ｊ逦ＭＡＰｂｌ邋ｘＳｎｘｌ３逡逑图１．４不同钙钛矿材料能级图１３９１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｇａｐ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ１＇９１逡逑１．３全无机钙钛矿量子点介绍逡逑１．３．１邋ＣｓＰｂＸ３邋（Ｘ＝Ｃ１，邋Ｂｒ，邋Ｉ）性能介绍逡逑量子点的定义如下：在三维尺度上，尺寸大小在１邋－２０邋ｎｍ之间的纳米晶体。根据逡逑纳米晶体颗粒大小，可以分为：（１）零维材料，通常以纳米颗粒的形式存在；（２）—维逡逑材料，通常以纳米棒、纳米线等形式存在；（３）二维材料，，通常以薄膜、量子阱等形式逡逑存在；（４）三维材料，通常以块体相形式存在。而量子点则属于零维纳米材料。逡逑全无机钙钛矿量子点是指将ＡＢＸ３结构通式中Ａ、Ｂ、Ｘ原子分别用Ｃｓ、Ｐｂ或Ｓｎ、逡逑和卤素原子（Ｃｌ，邋Ｂｒ，Ｉ或者两者的混合物）替代。因量子限域效应，ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＸ３和ＣｓＰｂＸ３逡逑量子点均显示出非常高的量子产率（７０％－９０％），尤其是对ＣｓＰｂＢｒ３量子点而言，其量子逡逑产率甚至可以达到９０％［４Ｇ］。钙钛矿量子点的合成方法比较简单
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.8;O471.1
本文编号：2684970
【图文】：
代显示技术发展的趋势。从１９９３年至今，关于量子点材料的研宄已经由最开始的逡逑ＣｄＳｅ／ＺｎＳ镉系量子点逐渐向发展空间更大的钙钛矿量子点转移。而目前，在显示领域逡逑常见的几种量子点中（图１．１），钙钛矿量子点由于具有较高的量子产率、半峰宽窄、载流逡逑子传输速率快、带隙可调、色域广、成本低等特点［３＿８］，因此在光电显示领域，有着巨逡逑大的应用前景，有望成为新一代显示技术的核心材料。逡逑１卜Ｗ族逦Ｕ１￣Ｖ族逦ＡＢＸ，型逦ＡＢＸ，斟逡逑ＣｄＳｅ／ＺｎＳ逦ＩｎＰ／ＺｎＳ逦ＣｓＰｂＸ，逦ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＸ３逡逑ＢＲＳＩＩ邋ｉ逦＿邋二■ＨＢＢ逡逑＼ｗ邋ｙ邋R斟澹椋辏浚蝈錡逡逑＊邋’逦Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ｎｍ逦Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ｍｎ逦Ｗａｖｃｌｃｎｇｔｌｉ邋ｎｎｉ逡逑ｔ＿逦Ｌ，逦＿Ｉ逡逑１９９３逦２００２逦２０１５逡逑ｔ‘峰宽：３０？５０邋ｎｍ逦、卜？峰宽：４０？６０邋ｎｍ逦丨辨宽：￣２０－４０邋ｎｍ逡逑鲮子效率：６０％？９０°／。邋｜欨子效率：５０°／。？７０％逦｜邋Ｍ子效率：６０％？９０％逡逑图ｌ．ｉ在显示器件中具有重要应用前景的几类量子点ｉ９ｉ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｅｖｅｒａｌ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｄｏｔｓ邋ｆｏｒ邋ｄｉｓｐｌａｙ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ１９１逡逑钙钛矿量子点发光二极管（ＰｅＬＥＤｓ）是一种具有新型结构的薄膜发光显示器件（图逡逑１．２），与传统的镉系核壳量子点相比较，全无机钙钛矿材料的发射峰半峰宽较窄（２０邋ｎｍ－逡逑４０ｍｎ）
－７邋－Ｊ逦ＭＡＰｂｌ邋ｘＳｎｘｌ３逡逑图１．４不同钙钛矿材料能级图１３９１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｇａｐ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ１＇９１逡逑１．３全无机钙钛矿量子点介绍逡逑１．３．１邋ＣｓＰｂＸ３邋（Ｘ＝Ｃ１，邋Ｂｒ，邋Ｉ）性能介绍逡逑量子点的定义如下：在三维尺度上，尺寸大小在１邋－２０邋ｎｍ之间的纳米晶体。根据逡逑纳米晶体颗粒大小，可以分为：（１）零维材料，通常以纳米颗粒的形式存在；（２）—维逡逑材料，通常以纳米棒、纳米线等形式存在；（３）二维材料，，通常以薄膜、量子阱等形式逡逑存在；（４）三维材料，通常以块体相形式存在。而量子点则属于零维纳米材料。逡逑全无机钙钛矿量子点是指将ＡＢＸ３结构通式中Ａ、Ｂ、Ｘ原子分别用Ｃｓ、Ｐｂ或Ｓｎ、逡逑和卤素原子（Ｃｌ，邋Ｂｒ，Ｉ或者两者的混合物）替代。因量子限域效应，ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＸ３和ＣｓＰｂＸ３逡逑量子点均显示出非常高的量子产率（７０％－９０％），尤其是对ＣｓＰｂＢｒ３量子点而言，其量子逡逑产率甚至可以达到９０％［４Ｇ］。钙钛矿量子点的合成方法比较简单
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.8;O471.1
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1 张舒侣;CsPbX3钙钛矿LED制备及器件稳定性研究[D];华东理工大学;2019年
本文编号：2684970
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