离子掺杂CsPbX3量子点玻璃制备及其光致发光器件研究

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全无机卤化铅铯CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点具有高光致发光产率、可调节的发光、窄带发射和光吸收率高等优异的物理和化学特点,在光电领域显示出巨大的应用潜力。但是该材料的稳定性却比较差,非常容易受光、热和水氧等环境的影响,这主要是由于材料本身的离子性质和较低的形成能所造成的,这也制约了钙钛矿量子点在器件上的商业化应用。将钙钛矿量子点嵌入玻璃基质中被认为是提高量子点稳定性差的可行方案之一。相对于胶体钙钛矿量子点,钙钛矿量子点玻璃表现出极佳的稳定性,然而其光致发光量子效率(PLQY)却相对较低。本论文围绕高量子效率全无机钙钛矿量子点的研究,在硼硅酸盐玻璃基质中原位析晶钙钛矿量子点为研究对象,致力于高发光效率CsPbX3量子点玻璃的可控合成以及稳定性提升,系统研究了离子掺杂修饰对钙钛矿量子点在玻璃中析晶行为、发光性能和相关作用机理的影响,并基于所制备的高性能钙钛矿量子点玻璃,探索了其在背光显示等发光领域中的应用,本论文主要研究工作如下:(1)采用高温熔融-热处理原位析晶方法成功制备了一类Bi3+掺杂青光发射的CsPbBr3钙钛矿量子点玻璃。通过调控Bi2O3的掺杂浓度,实现了CsPbBr3量子点玻璃在523-493nm范围内可调谐发射。同时,详细分析了Bi3+掺杂造成CsPbBr3量子点玻璃实现青光发射的相关机理,并探讨了青光发射的CsPbBr3钙钛矿量子点玻璃的稳定性。(2)选用Dy3+离子对CsPbBr3钙钛矿量子点玻璃进行掺杂,详细探讨了Dy掺杂浓度对CsPbBr3量子点玻璃物相结构、微观形貌、发光性能等的影响,通过优化Dy掺杂浓度,实现CsPbBr3量子点玻璃的PLQY从35.9%增加到62.5%。使用Dy掺杂的CsPbBr3玻璃粉和商用K2Si F6:Mn4+红色荧光粉涂覆蓝光In Ga N芯片制得白光LED。在40 m A电流驱动下,白光LED的CIE坐标为(0.2881,0.3001),色域可达到NTSC标准的126.3%。(3)将Dy离子引入至红色CsPb(BrI)3钙钛矿量子点玻璃的制备工艺中,可以有效促进红色CsPb(BrI)3量子点在玻璃基质的成核和生长。微量Dy掺杂可使CsPb(BrI)3量子点玻璃的发射峰蓝移,而高浓度Dy掺杂使得CsPb(BrI)3量子点玻璃的发射峰红移,通过结构、形貌和发光性能分析详细探讨了Dy掺杂对量子点玻璃的微观调控机制。基于红色CsPb(BrI)3量子点玻璃粉制备的LED具有良好的纯红色发光性能,其电致发光光谱半高峰宽(FWHM)仅为25.6 nm。同时,基于红绿量子点玻璃封装的白光LED具有非常宽的色域,覆盖了NTSC标准的132.3%以及Rec.2020标准的98.9%。
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