白光LED用CsPbX3 QDs复合材料的制备及光学性质研究

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全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点(QDs)由于具有全光谱、窄发射带、高量子产率,颜色可调等优异的光学性质,成为目前QDs发光材料的新秀。因此期望它们成为下一代照明、显示以及许多其他应用的有前景的材料。然而,由于CsPbX3 QDs在空气环境中的稳定性较差,且不同的卤素间易发生阴离子交换反应,因此,提高QDs稳定性和防止离子交换反应的发生成为目前研究热点。本论文基于热注入法和热处理法制备CsPbX3 QDs固体复合材料。然后通过一系列表征手段获得这些固体材料的微观形貌和发光性能信息,最后与商用InGaN蓝光芯片匹配制备白光LED器件,探讨CsPbX3 QDs复合材料在白光LED方面的应用性。根据以上的研究要点,本文的研究内容主要分为以下几部分:1.采用热注入的方法合成CsPbBr3 QDs溶液,然后引入介孔二氧化硅包覆QDs得到QDs纳米复合材料。使用X射线粉末衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)探究纳米复合材料的微观信息。结果显示,纳米复合材料显示出了良好的结晶性能。荧光光谱(PL)结果表明纳米复合材料表现出优异的发光性能,相比于QDs溶液显示出了更加优异的化学和热稳定性,且在水溶液中依然发出强烈的绿光,这个结果进一步说明介孔二氧化硅的引入有助于提高QDs的稳定性。随后,用制备的CsPbBr3 QDs纳米复合材料与商用红色荧光粉Sr2Si5N8:Eu2+复合,与商用InGaN蓝光芯片匹配后制备了白光LED器件,在20 mA的电流下,CIE色坐标为(0.3365,0.3390),光效达到47.6lm/W。此外,当增大电流至120 mA,该白光LED器件也显示出了优异的色稳定性。研究结果说明QDs纳米复合材料在照明领域内具有潜在的应用。2.根据制备CsPbBr3 QDs纳米复合材料的实验方法,进一步制备了CsPb(Br0.4I0.6)3 QDs纳米复合材料。借助于一系列表征测试结果表明,CsPb(Br0.4I0.6)3 QDs纳米复合材料不仅保持了QDs溶液的优异的发光性能且提高了QDs的稳定性。此外,混合CsPbBr3和CsPb(Br0.4I0.6)3 QDs纳米复合材料时也防止了阴离子交换反应的发生。因此这些优异的性能能够改善白光LED中存在的问题(低显色指数和高色温)。第一次用丝网印刷法将CsPb(Br0.4I0.6)3 QDs纳米复合材料作为红色荧光粉涂敷在Ce3+:Y3Al5O12微晶玻璃上(Ce-PiG),与InGaN蓝光芯片匹配后制备白光LED器件。在20 mA的电流下,白光LED显示出优异的光学性质,光效为56 lm/W,显色指数为92,R9为90。且白光LED器件连续工作24 h后色温和显色指数并没有发生大的变化。这些结果表明红光钙钛矿纳米复合材料在暖白光LED上具有潜在的应用。3.用热处理法制备CsPbBr3 QD玻璃,通过改变热处理温度研究其发光性能。实验结果表明CsPbBr3 QD玻璃具有出色的发光性能和窄带发射。CsPbBr3 QD玻璃的化学和热稳定性得到了很大的提高以及具有明显的阻水性质,即使在水溶液中存放24 h依然有强烈的绿光发射。因此,QD玻璃能够应用于白光LED中。随后在QD玻璃的表面上涂覆一层CaAlSiN3:Eu2+红色荧光粉,与InGaN蓝光芯片匹配后制备白光LED。制备的白光LED具有出色的光学性能,如色温为3674 K,显色指数为83.4。因此,全无机CsPbBr3 QDs玻璃为实现在高性能和低能耗的白光LED上的应用提供了可能。
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