钙钛矿薄膜的缺陷钝化和LED器件性能研究

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有机-无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电性能,可以作为电致发光器件的活性层材料。它具有原料成本低、制备工艺简易、色域可调、色纯度高等优点,在显示和照明领域具有很强的应用潜力。但是,有机-无机杂化钙钛矿材料作为薄膜发光器件的活性层又有很多的不足:载流子在钙钛矿层中的复合效率低较,载流子有效注入钙钛矿层效率差,与复合发光相关的物理过程及机理尚未完全弄清。本文选择有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbBr3作为研究对象,研究了离子型添加剂对钙钛矿薄膜的形貌、结晶度以及发光性能的影响,通过对CH3NH3PbBr3绿光LED器件的光物理过程展开研究,主要结论如下:(1)离子型添加剂溴化钠改善钙钛矿结晶并提高器件的发光性能。在CH3NH3PbBr3钙钛矿前驱体溶液中引入离子型添加剂溴化钠(NaBr),制备了基于溴化钠钝化的CH3NH3PbBr3钙钛矿电致发光器件,器件的最大亮度由1059Cd/m2提升到6942 Cd/m2,最大电流效率由0.10 Cd/A增加至0.72 Cd/A。扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表明添加溴化钠能够有效改善钙钛矿薄膜的晶体生长以及薄膜覆盖率,X射线衍射(XRD)测试表明溴化钠可以显著提高钙钛矿薄膜的结晶度。进一步地,薄膜的稳态光致发光光谱(PL)、时间分辨光致发光光谱(TRPL)以及器件的电致发光光谱(EL)、交流阻抗谱(EIS)等测试表明溴化钠可以有效钝化钙钛矿晶粒的表面缺陷,提高激子在钙钛矿活性层中辐射复合的效率和速率,使器件性能得到显著提升。(2)离子型添加剂苄基三甲基溴化铵改善钙钛矿薄膜的成膜及发光性能。在CH3NH3PbBr3钙钛矿前驱体溶液中引入具有阴、阳离子“双重钝化作用”的苄基三甲基溴化铵,制备了基于苄基三甲基溴化铵钝化的CH3NH3PbBr3钙钛矿电致发光器件,器件的最大亮度由4050 Cd/m2提升到10821 Cd/m2,最大电流效率由0.27 Cd/A增加至0.96 Cd/A。SEM、AFM以及XRD等测试表明,相比于溴化钠,苄基三甲基溴化铵对钙钛矿薄膜覆盖率以及结晶度的提升幅度更大。PL、EL以及EIS等测试也证明了苄基三甲基溴化铵的添加可以有效提高载流子在钙钛矿层中辐射复合的效率和速率,使器件效率得到显著提高。
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