低铅卤族钙钛矿LED器件的光电性能探究

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有机/无机金属卤族钙钛矿以其优越的光学性能、超高的载流子迁移率、制备工艺简单已经成为了下一代LED的最佳选择。现如今红光和绿光的外量子效率都已经超过了20%,达到了商用的水平,而蓝光钙钛矿LED的外量子效率却还是很低。而现在对于钙钛矿LED的研究集中于其内在机理研究、蓝光钙钛矿LED效率的提升和钙钛矿LED低铅化的研究。低铅化的研究是在钙钛矿的B位使用Sn2+或者Mn2+替代或者部分替代Pb2+,从而减少Pb的含量减少环境污染。现如今无论是使用Sn2+还是Mn2+对钙钛矿LED的效率都没有很大提升。本文我们创新地使用Ge2+部分代替Pb2+实现了低铅钙钛矿LED外量子效率从之前研究的不到4%到13.1%的突破。本文使用Ge部分替代Pb通过在三维钙钛矿Cs Pb1-x Gex Br3(x=0~0.5)中引入40%的苯乙基溴化铵(PEABr)形成多量子阱结构,再使用钝化剂有效减低了本征的缺陷态密度。通过SEM、AFM和XRD的形貌和表征分析,发现Ge含量在30%左右其形貌和结构都发生了巨大的变化,因此猜测Ge参与配位的最大比例可能在30%附近。对于薄膜的光学测试也显示了同样的规律。通过PLQY测试发现不参与配位的Ge会对薄膜的光致发光效率造成严重的影响,而Ge少量替代Pb以后其薄膜效率从40%显著提升到71%。当Ge含量到达30%时,PLQY效率迅速下降到30%以下。通过测量Ge掺杂钙钛矿的荧光寿命可以发现,在Ge含量为20%以前的薄膜其辐射复合占据主导因此PLQY上升,而在Ge含量超过20%以后辐射复合占据了主导此时的PLQY下降。本文使用ITO/PEDOT:PSS/PVK/perovskite/TPBi/Li F/Al的器件结构,通过对器件的传输层的浓度和厚度进行调控最终做成了外量子效率值为13.1%,最大亮度为10313 cd/m~2的Ge掺杂低铅器件。之后使用SCLC方法对Ge掺杂器件进行了单载测试,发现随着Ge含量的提升其缺陷态密度也上升,这与荧光寿命测试的结果不相符,对此猜测PVK基底可能不是对于Ge掺杂钙钛矿最合适的基底,因此Ge掺杂钙钛矿LED还拥有巨大的潜力。
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