基于钙钛矿量子点的稳定性及其电致发光二极管的研究
发布时间：2020-10-12 08:16
由于吸收截面大,发射峰窄,颜色纯度高等优异的光学性能,量子点已经被认为是目前优秀的“发光材料”。最近几年,卤代铅钙钛矿太阳能电池的光电转换效率突破20%,而且一直在刷新纪录。结合了钙钛矿和量子点优势,卤代铅钙钛矿量子点已经逐渐受到国内外研究者的关注。可惜的是,由于离子型晶体的钙钛矿材料不管是块状结构,二维纳米片和纳米线或者零维的量子点上,稳定性能极差。晶体结构先天性的对极性溶剂和氧气敏感。这将会严重影响围绕钙钛矿量子点为核心的光电器件。本文从第三章到第五章探究如何提高钙钛矿量子点的稳定性,和其电致发光二极管的性能。第三章中,我们比较了乙腈(ACN)和甲苯这对溶剂和传统的室温合成钙钛矿纳米晶使用的二甲基亚砜(DMOS)和甲苯溶剂。我们发现,使用了乙腈和甲苯合成的钙钛矿量子点的能再长达数月中保持其稳定性和优异的光学性能。通过这种新的合成策略制备出了全光谱FAPbX_3(X=Cl,Br,I,Cl和Br的比例混合或者Br和I的比例混合),并将荧光产率最高的88%的FAPbBr_3纳米晶作为发光层制备了电致发光二极管。这种电致发光二极管的最高器件外量子效率为2.8%,最大荧光为403 cd/m~2。第四章中我们也采用了结晶性较好,单分散好的热注入法来合成的FAPbBr_3量子点。但是使用传统的室温液态状态的配体的配体(OA)油酸和油胺(OAM)制备的钙钛矿量子点原始溶液中,量子点表面的配体和自由配体容易发生动态的交换过程。这种动态的交换容易随着环境的变化而导致动态平衡移动,从而导致大量的量子点表面的配体脱落,最后团聚沉淀。针对这一现象,我们使采用了相对较高的熔点的配体十八胺(ODA)和硬脂酸(SA)作为配体,合成的后的钙钛矿量子点整体被凝固起来,阻止了量子点表面的配体与溶剂中自由配体动态交换过程。这种初始产物能够在随后几个月中依然保持晶体的稳定性和光学性能。这种采用高熔点配体合成结晶性高,单分散好的钙钛矿量子点的方法给储存钙钛矿量子点提供了一种全新的思路。同时我们使用提纯后的钙钛矿量子点制备了高性能的电致发光二极管。并且比较了PVK和TFB两种不同的空穴传输层分别在钙钛矿量子点电致发光二极管的性能。其中TFB作为空穴传输层的器件外量子器件效率为3.02%,发光强度为3124 cd/m~2,PVK作为空穴传输层的器件的外量子效率为4.08%,发光强度为4752 cd/m~2。这样的外量子效率和发光强度超过了大多数的文献报道。第五章中,我们发展一种采用强配位的有机膦(TBP)作为配体,来合成的含碘的钙钛矿量子点。我们以CsPbI_3为研究对象,探究了TBP作为配体合成的TBP-CsPbI_3量子点的溶液光学性质和稳定性,量子点薄膜的稳定性。数据证明了,使用强配位的有机磷做配体,含碘的钙钛矿纳米晶能够维持至少30天的稳定性能。并且分别比较了传统配体合成的钙钛矿量子点OAM-CsPb I_3和TBP-CsPbI_3作为发光层的PQLED的性能。TBP-CsPbI_3量子点作为发光层的PQLED的外量子效率(2.000%)远远大于OAM-CsPbI_3为发光层的PQLED(0.198%)。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN383.1
【部分图文】：
图 1-1（a）半导体材料的能态密度和维度的关系； (b)半导体材料的能级与尺寸的关系1.2.2 量子点的表面效应对于纳米材料而言，表面永远是关注的重点，因为表面效应是导致纳米材料域域体相材料不同的一个重大因素。由于量子点体积较小，而比表面积很大，是导致量子点的不稳定性的一个主要原因。再加上量子点在生长过程中，晶体的的表面往往无法精确控制，产生了表面的晶格缺陷，如表面悬挂键，会雪上加霜地影响纳米晶的稳定性，甚至光学性能。对于体相材料而言，半导体的激子波尔半径远远小于材料尺寸，因此，激子远离体相晶体表面，不会受到晶体的表面缺陷影响[3]。但是，量子点的尺寸越小，激子的波尔半径大于量子点的尺寸，激子和晶体表面相互接触和影响，导致电子和空穴不能正常复合发射光子，甚至湮灭。这种状况，对光致发光二极管和电致发光二极管等一些光电器件影响巨大。1.2.3 量子点的光学性质
因为它直接导致了量子点的禁带宽度不同，我们以最为成熟的 CdSe 为例体相 CdSe 的禁带宽度较小，发光在近红外（710 nm）。随着其尺寸变小到某个范围的时候，量子点的尺寸效应占据主导，禁带宽度逐渐变大，激子复合发光可以的颜色也会慢慢蓝移。当 CdSe 的尺寸从 8 纳米减小到 2 纳米，它的发射光颜色可以从红光逐渐变成蓝光（图 1-2 所示）[1]。同时，量子点的表面也是影响量子点的光学性能的一个重要因素。众所周知，当量子点尺寸变小，表面效应逐渐占据影响量子点性质的主要原因。如上节所说，当量子点的比表面增大，缺陷就会变多。如果量子点表面存在缺陷，那势必会引入缺陷态能级。当缺陷能级比激子能级低的时候，缺陷能级就可能捕获电子或空穴，然后激子通过缺陷态复合，能量以光或热的形式放出[5]。这样，在同一个量子点上，激子就有不同的复合通道，也可以说有不同的激子态[6]。因为缺陷态的发光效率往往很低，而且缺陷发光与激子正常复合后发出的光能量往往不同。因此，提高量子点的发光性能，那么，消除表面缺陷是合成高质量量子点和修饰不同应用量子点的关键[3]。(a) (b)
南昌航空大学硕士学位论文 第一章 绪 论法合成了结晶性好，接近单分散的 CdS，CdSe 等量子点。这种方法是利用了将反应的前驱体在高温下注入，使其快速形成晶核，然后在相对较低的温度下进行生长。这种热注入法将晶体成核和生长分开，有利于尺寸分布的控制。不管从尺寸
【参考文献】
本文编号：2837894
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN383.1
【部分图文】：
图 1-1（a）半导体材料的能态密度和维度的关系； (b)半导体材料的能级与尺寸的关系1.2.2 量子点的表面效应对于纳米材料而言，表面永远是关注的重点，因为表面效应是导致纳米材料域域体相材料不同的一个重大因素。由于量子点体积较小，而比表面积很大，是导致量子点的不稳定性的一个主要原因。再加上量子点在生长过程中，晶体的的表面往往无法精确控制，产生了表面的晶格缺陷，如表面悬挂键，会雪上加霜地影响纳米晶的稳定性，甚至光学性能。对于体相材料而言，半导体的激子波尔半径远远小于材料尺寸，因此，激子远离体相晶体表面，不会受到晶体的表面缺陷影响[3]。但是，量子点的尺寸越小，激子的波尔半径大于量子点的尺寸，激子和晶体表面相互接触和影响，导致电子和空穴不能正常复合发射光子，甚至湮灭。这种状况，对光致发光二极管和电致发光二极管等一些光电器件影响巨大。1.2.3 量子点的光学性质
因为它直接导致了量子点的禁带宽度不同，我们以最为成熟的 CdSe 为例体相 CdSe 的禁带宽度较小，发光在近红外（710 nm）。随着其尺寸变小到某个范围的时候，量子点的尺寸效应占据主导，禁带宽度逐渐变大，激子复合发光可以的颜色也会慢慢蓝移。当 CdSe 的尺寸从 8 纳米减小到 2 纳米，它的发射光颜色可以从红光逐渐变成蓝光（图 1-2 所示）[1]。同时，量子点的表面也是影响量子点的光学性能的一个重要因素。众所周知，当量子点尺寸变小，表面效应逐渐占据影响量子点性质的主要原因。如上节所说，当量子点的比表面增大，缺陷就会变多。如果量子点表面存在缺陷，那势必会引入缺陷态能级。当缺陷能级比激子能级低的时候，缺陷能级就可能捕获电子或空穴，然后激子通过缺陷态复合，能量以光或热的形式放出[5]。这样，在同一个量子点上，激子就有不同的复合通道，也可以说有不同的激子态[6]。因为缺陷态的发光效率往往很低，而且缺陷发光与激子正常复合后发出的光能量往往不同。因此，提高量子点的发光性能，那么，消除表面缺陷是合成高质量量子点和修饰不同应用量子点的关键[3]。(a) (b)
南昌航空大学硕士学位论文 第一章 绪 论法合成了结晶性好，接近单分散的 CdS，CdSe 等量子点。这种方法是利用了将反应的前驱体在高温下注入，使其快速形成晶核，然后在相对较低的温度下进行生长。这种热注入法将晶体成核和生长分开，有利于尺寸分布的控制。不管从尺寸
【参考文献】
相关博士学位论文 前3条
1 高远;硒化镉量子点缺陷和激发态研究[D];浙江大学;2016年
2 濮超丹;复杂结构量子点的缺陷态的调控[D];浙江大学;2016年
3 牛原;核壳量子点激子态的合成控制[D];浙江大学;2014年
本文编号：2837894
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