有机溴化铅钙钛矿纳米晶薄膜的制备及其在发光二极管上的应用

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有机无机杂化钙钛矿纳米晶材料具有发光颜色纯度高、发光颜色可调、荧光量子产率高、激子结合能大、可溶液法制备和成本低等优势,在发光二极管器件中有着光明的应用前景。然而,目前基于钙钛矿发光二极管的研究还存在很多的问题待解决,比如钙钛矿器件发光性能低、颜色表现差以及器件稳定性较差等等。针对以上这些问题,本论文对有机无机杂化钙钛矿发光二极管展开了研究。主要研究内容如下:一.基于少层二维甲脒基钙钛矿纳米片的超纯绿色发光二极管相对于较为更加热门的甲胺基溴化铅钙钛矿(MAPbBr3),甲脒基溴化铅钙钛矿(FAPbBr3)纳米晶由于其超纯绿色的荧光(PL)和更优异的热稳定性而受到越来越多的关注。我们提出了一种简便、高重复性的方法合成出具有PL峰值为532 nm超纯绿色荧光和荧光量子产率(PLQY)高达88%的少层(n=1-4)二维FAPbBn纳米片(NPs)。我们进一步制备了基于少层二维FAPbBr3 NPs的高效超纯绿色发光二极管(LEDs)。测试结果显示器件的最大电流效率(CE)为15.31 cd/A,最大外量子效率(EQE)为3.53%,这明显优于目前报道的FAPbBr3多品薄膜LEDs。更值得注意的是,基于二维FAPbBr3纳米片的发光器件显示出标准超纯绿色发光,在CIE 1931色域空间中,其色域可以覆盖97%的国际电信联盟Rec.2020标准颜色色域和114%的国际照明委员会(NTSC)标准颜色色域。此外,该器件在空气中具有比MAPbBr3纳米晶LEDs更好的稳定性,我们器件的半衰期T50大约是MAPbBr3纳米晶体LEDs的5倍。这项工作展示了 FAPbBr3 NPs在未来超高分辨率显示器中的巨大应用潜力。二.利用热旋涂法提升钙钛矿发光二极管的性能普通旋涂法得到的钙钛矿薄膜具有表面粗糙,晶粒较大以及激子扩散长度较大的缺点,这样激子的热迁移会导致大量发光猝灭现象,这是造成钙钛矿发光二极管器件发光效率低的重要原因。针对此问题,我们在普通旋涂法的基础上,提出了一种热旋涂钙钛矿成膜的方法。我们通过对热旋涂温度和钙钛矿前液成分比例进行调控,获得了强荧光、小晶粒、表面平整均匀的高质量薄膜。然后,我们结合对热旋涂过程的分析和对薄膜性质的表征,提出了该过程钙钛矿材料晶体生长的机理。最后,我们利用这种高质量薄膜制备了 LEDs,器件的最大电流效率为16.8 cd/A,最大外量子效率为4.9%,同时我们也制备了基于其他温度下旋涂的钙钛矿薄膜的LEDs,值得注意的是,与常温旋涂钙钛矿LEDs相比,采用热旋涂钙钛矿的LEDs器件性能更佳,其中优化后的热旋涂钙钛矿的LEDs器件的电流效率和外量子效率分别为常温旋涂钙钛矿LEDs的2.7倍和3.5倍。因此,通过热旋涂成膜可以进一步提升钙钛矿LEDs的发光效率,这种方法对于钙钛矿LEDs器件性能研究具有重要意义。
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