【摘 要】
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钙钛矿材料由于具有出色的光电特性,所以在光电器件领域具有极好的应用前景。尤其是在钙钛矿发光二极管方面,在短短几年的时间内外量子效率获得由最初的0.1%以下快速提升到现在的20%以上的成效,然而钙钛矿材料的不稳定性问题阻碍了它商业化应用的脚步。本论文以CsPbBr3为发光层,采用一步法制备钙钛矿薄膜,优化钙钛矿薄膜的制备工艺,并通过空穴传输层、添加剂和电子传输层等条件的优化,提升器件的性能。论文的主
【基金项目】
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国家自然科学基金(61775013); 国家重点研发计划(2017YFB0404501); 国家青年基金项目(61704007);
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钙钛矿材料由于具有出色的光电特性,所以在光电器件领域具有极好的应用前景。尤其是在钙钛矿发光二极管方面,在短短几年的时间内外量子效率获得由最初的0.1%以下快速提升到现在的20%以上的成效,然而钙钛矿材料的不稳定性问题阻碍了它商业化应用的脚步。本论文以CsPbBr3为发光层,采用一步法制备钙钛矿薄膜,优化钙钛矿薄膜的制备工艺,并通过空穴传输层、添加剂和电子传输层等条件的优化,提升器件的性能。论文的主要研究工作如下:(1)首先,通过PSS-Na掺杂PEDOT:PSS有效的提升PEDOT:PSS的功函数,减小了与钙钛矿发光层之间的能级势垒,有助于空穴注入发光层,起到平衡载流子的作用,器件的最大亮度从1915 cd m-2提升到13603 cd m-2,最大电流效率从0.11 cd A-1提升到1.01 cd A-1。其次,通过控制变量法对比实验,优化钙钛矿的制备工艺,在CsPbBr3钙钛矿前驱体溶液浓度选用70 mg mL-1,旋涂转速选用1500rpm时,制备出的钙钛矿发光二极管器件的亮度和效率最佳。最后,通过制备不同添加剂的钙钛矿发光二极管发现,添加3 wt%mPEG的钙钛矿薄膜覆盖率增加到67.32%,钙钛矿晶粒有所减小,衍射峰明显增强,薄膜的结晶度更好,从而器件的亮度和电流效率都得到提升;添加2 wt%MACl的钙钛矿薄膜覆盖率增加到77.20%,器件的漏电流减小,从而器件的亮度和电流效率提升,而过量的MACl反而使薄膜的覆盖率降低为72.42%,器件性能变差;协同添加剂mPEG与MACl的器件,薄膜的覆盖率增加到69.48%,钙钛矿晶粒变的更小,衍射峰显著增强,薄膜的结晶度最好,从而器件的亮度和电流效率达到最佳。(2)分别采用溶液法和真空蒸镀法制备了Bphen、TPBi、TmPyPB不同电子传输层的器件,分析各器件之间性能差异的原因。溶液法制备电子传输层器件中,Bphen作电子传输层的钙钛矿发光二极管的性能最佳,器件的启亮电压为2.6 V,最大亮度为9641 cd m-2,最大电流效率为1.32 cd A-1,由于Bphen有与PEDOT:PSS相匹配又相对较高的电子迁移率,同时没有电子注入势垒;而TPBi的电子迁移率较低,而且电子注入需要克服能级势垒,这两个因素造成TPBi器件的亮度和电流效率都比较低;TmPyPB的电子迁移率与PEDOT:PSS的空穴迁移率不匹配,而且电子注入也需要克服能级势垒,所以TmPyPB器件的亮度和电流效率很低。真空蒸镀法和溶液法制备不同电子传输层各器件间的性能关系相似,综合启亮电压、亮度和电流效率三个参数,溶液法制备Bphen电子传输层更适合我们的器件。所以,我们还进一步对溶液制备Bphen电子传输层溶液浓度和旋涂转速进行优化,实验结果表明,Bphen溶液最佳浓度为10 mg mL-1,最佳旋涂转速为2000 rpm。图40幅,表9个,参考文献92篇。
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