基于混合钙钛矿材料发光的电致发光器件
发布时间：2020-10-20 00:48
基于ABX_3型的钙钛矿材料由于其优异的光电特性而引起了许多研究人员的关注,这些优点包括高电荷载流子迁移率,高光致发光量子产率(PLQY),可溶液加工性等。钙钛矿太阳能电池的效率已经达到23.7%,这与由传统无机半导体材料制成的光伏电池相当。它们还被用作光泵浦激光器中的有效低阈值增益介质。同时钙钛矿材料还具有易于调节的发光颜色和高色纯度的优点,钙钛矿材料这些出色的光电特性可使其成为新一代大面积,高性能光电器件的理想选择。制作钙钛矿的材料储量丰富,价格低廉,因此钙钛矿电致发光器件在显示和照明领域中具有很高的价值。在本文中,我们将全无机钙钛矿溶液与聚合物溶液聚丙烯腈(PAN,polyacrylonitrile)以1.5:1的体积比混合得到钙钛矿-聚合物混合溶液,通过一步旋涂法得到了高覆盖度,致密均匀的混合钙钛矿薄膜,并制备了以混合薄膜为发光层的钙钛矿电致发光器件(Perovskite electroluminescent device,PeLED)。我们制备了两种颜色的发光器件,其结构如下:(1)ITO/Pedot:PSS/PAN:CsPbBr_3/TPBi/Liq/Al(绿光)(2)ITO/Pedot:PSS/PAN:CsPbBr_(2.5)I_(0.5)/TPBi/Liq/Al(红光)其中,绿光钙钛矿电致发光器件在7.5V时的最大亮度为2300cd/m~2,最大效率为5.07cd/A,发光峰位于520nm。红光钙钛矿电致发光器件在8V时的最大亮度为657cd/m~2,发光峰位于680nm。我们发现掺入PAN的混合薄膜显示出更高的覆盖度,针孔数量明显减少,并且两组器件的性能相对于不含聚合物的钙钛矿电致发光器件均有明显的提升。此外,我们将钙钛矿-聚合物混合材料PAN:CsPbBr_(2.5)I_(0.5)、纯无机钙钛矿材料CsPbBr_3以及有机小分子材料NPB共同作为发光层制备了白光PeLED,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/CsPbBr_(2.5)I_(0.5)/NPB/CsPbBr_3/TPBi/Liq/Al,其中PAN:CsPbBr_(2.5)I_(0.5)薄膜用一步旋涂法获得,CsPbBr_3薄膜用双源共蒸镀法获得。在7V时器件达到最大亮度为360cd/m~2,效率为0.2cd/A,白光PeLED的色坐标为(0.31,0.36),为白光钙钛矿电致发光器件的发展提供了一种新思路。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN383.1
【部分图文】：
图像显示质量。因此发光二极管的相关技术一直是学术界的研究热点。最早应用于电致发光器件的材料是以过渡元素或稀土元素为催化剂的Ⅱ-Ⅵ族无机半导体材料，分为硫化物和氧化物两种类型[1-3]。无机发光二极管具有高亮度，低功耗、稳定性好的特点，对固态人工照明有着深远的影响，但这些半导体材料需要在高温以及真空中的刚性衬底上外延生长，制备工艺复杂且成本较高替代这些传统无机半导体发光器件的先驱者是有机电致发光器件(Organicelectroluminescent device, OLED)[4]，根据材料分子量的大小有机电致发光材料可以分成有机小分子材料以及聚合物材料两种[5-8]，分子量小于 1000 的被称为有机小分子材料，分子量大于 100 的被称为聚合物材料。最早的有机发光二极管由邓青云教授于 1976 年发现[9]，有机发光二极管具有视角广、对比度高、响应速度快、发光效率高、制备工艺简单、柔性可折叠等优点，经过三十多年的发展，在商业应用上已经形成了一定的规模。但有机材料价格较高、通常利用真空蒸镀技术进行器件的制备，这种制备方式成本较高并且不适合大面积处理。另外，有机电致发光器件的寿命较低，并且由于有机电致发光器件的发光光谱较宽，导致其色纯度较低。
图 1.2 钙钛矿材料的晶体结构[18]钙钛矿材料能否形成稳定的晶体结构可以通过 Goldschmidt 容许因子 t 来估计[19, 20]。在理想的晶体结构中，Ａ、Ｂ和Ｘ离子遵循以下关系：+ = √2 + (1-1)用容限因子 t 来表示钙钛矿理想晶体结构与实际结构之间的偏差：t = + √2 +(1-2)其中 rA是 A 阳离子的半径；rB是 B 阳离子的半径；rX是卤族元素阴离子的半径。钙钛矿型结构不仅和离子的半径大小有关，而且受到Ａ和Ｂ两种阳离子的影响。在 0.80<t<0.90 和 0.40<rb/rx<0.90 的范围内可以形成钙钛矿立方晶体结构，但是根据容忍因子，只有掺入小的阳离子才会形成钙钛矿立方晶体（t≈1）[21, 22]。这意味着钙钛矿材料中，较大半径的 Pb+（1.19 ）和卤族元素（例如 I-半径为2.20 ）会对 A+的半径带来限制，最大只能为 2.90 。因此有机小分子（例如CH3NH3+）、或者无机金属阳离子（例如 Cs+半径为 1.88 ）适合形成钙钛矿立方晶体结构。另外，钙钛矿的晶体结构受温度影响，不同的温度下钙钛矿会形成
钙钛矿氧化物材料有着出的催化特性以及很高的稳定性，这使得钙钛矿氧化物材料作为化学反应的催化剂而有广泛的应用。钙钛矿的良好的催化特性来自于离子空位的增加带来的具有较高的表面氧活性。目前钙钛矿氧化物催化剂的研究主要分两类：第一类是将钙钛矿氧化物材料作为活性位的模型来制备高度氧缺陷化合物或者异常价态元素。第二类是开发可以代替含贵金属催化剂的活性氧催化剂或氧化类催化剂。
【参考文献】
本文编号：2847952
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN383.1
【部分图文】：
图像显示质量。因此发光二极管的相关技术一直是学术界的研究热点。最早应用于电致发光器件的材料是以过渡元素或稀土元素为催化剂的Ⅱ-Ⅵ族无机半导体材料，分为硫化物和氧化物两种类型[1-3]。无机发光二极管具有高亮度，低功耗、稳定性好的特点，对固态人工照明有着深远的影响，但这些半导体材料需要在高温以及真空中的刚性衬底上外延生长，制备工艺复杂且成本较高替代这些传统无机半导体发光器件的先驱者是有机电致发光器件(Organicelectroluminescent device, OLED)[4]，根据材料分子量的大小有机电致发光材料可以分成有机小分子材料以及聚合物材料两种[5-8]，分子量小于 1000 的被称为有机小分子材料，分子量大于 100 的被称为聚合物材料。最早的有机发光二极管由邓青云教授于 1976 年发现[9]，有机发光二极管具有视角广、对比度高、响应速度快、发光效率高、制备工艺简单、柔性可折叠等优点，经过三十多年的发展，在商业应用上已经形成了一定的规模。但有机材料价格较高、通常利用真空蒸镀技术进行器件的制备，这种制备方式成本较高并且不适合大面积处理。另外，有机电致发光器件的寿命较低，并且由于有机电致发光器件的发光光谱较宽，导致其色纯度较低。
图 1.2 钙钛矿材料的晶体结构[18]钙钛矿材料能否形成稳定的晶体结构可以通过 Goldschmidt 容许因子 t 来估计[19, 20]。在理想的晶体结构中，Ａ、Ｂ和Ｘ离子遵循以下关系：+ = √2 + (1-1)用容限因子 t 来表示钙钛矿理想晶体结构与实际结构之间的偏差：t = + √2 +(1-2)其中 rA是 A 阳离子的半径；rB是 B 阳离子的半径；rX是卤族元素阴离子的半径。钙钛矿型结构不仅和离子的半径大小有关，而且受到Ａ和Ｂ两种阳离子的影响。在 0.80<t<0.90 和 0.40<rb/rx<0.90 的范围内可以形成钙钛矿立方晶体结构，但是根据容忍因子，只有掺入小的阳离子才会形成钙钛矿立方晶体（t≈1）[21, 22]。这意味着钙钛矿材料中，较大半径的 Pb+（1.19 ）和卤族元素（例如 I-半径为2.20 ）会对 A+的半径带来限制，最大只能为 2.90 。因此有机小分子（例如CH3NH3+）、或者无机金属阳离子（例如 Cs+半径为 1.88 ）适合形成钙钛矿立方晶体结构。另外，钙钛矿的晶体结构受温度影响，不同的温度下钙钛矿会形成
钙钛矿氧化物材料有着出的催化特性以及很高的稳定性，这使得钙钛矿氧化物材料作为化学反应的催化剂而有广泛的应用。钙钛矿的良好的催化特性来自于离子空位的增加带来的具有较高的表面氧活性。目前钙钛矿氧化物催化剂的研究主要分两类：第一类是将钙钛矿氧化物材料作为活性位的模型来制备高度氧缺陷化合物或者异常价态元素。第二类是开发可以代替含贵金属催化剂的活性氧催化剂或氧化类催化剂。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 姚鑫;丁艳丽;张晓丹;赵颖;;钙钛矿太阳电池综述[J];物理学报;2015年03期
相关博士学位论文 前1条
1 张福俊;固态阴极射线发光亮度的提高及界面结构的研究[D];北京交通大学;2007年
相关硕士学位论文 前2条
1 张一帆;钙钛矿电致发光器件的薄膜优化研究[D];吉林大学;2016年
2 骆宗力;钙钛矿太阳能电池制备技术研究[D];河北大学;2015年
本文编号：2847952
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