无机钙钛矿纳米材料的制备及其发光器件

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无机钙钛矿材料具有较好的结构稳定性和光学稳定性。特别是具有量子尺寸效应的纳米级无机钙钛矿的性能更加优异:荧光光谱半峰宽窄,荧光量子效率高(PLQY≈90%),而且可在整个可见光范围内调节荧光光谱。这些优异的性质使它们在发光二极管、光探测器和激光等领域都具有光明的应用前景。尽管如此,无机钙钛矿纳米材料在实际应用中还存在不少问题。在合成无机钙钛矿纳米材料的过程中通常要用有机表面配体,所以当它们应用于光电器件时,量子点薄膜中含有大量绝缘的有机配体,很大程度上限制了光电器件中载流子的传输。不仅如此,无机钙钛矿纳米材料较低的环境稳定性也制约了它们的多样化应用。而且,它们在光电领域潜在的辅助功能也有待挖掘。针对上述问题,本文围绕无机钙钛矿量子点表面配体密度的控制、稳定性的提高等方面进行研究,通过对无机钙钛矿量子点后处理的优化改善了无机钙钛矿量子点发光二极管的器件性能,利用聚合物基质保护了无机钙钛矿量子点并构筑了基于无机钙钛矿量子点的柔性白光发光二极管。除此之外,还探究了无机钙钛矿量子点在光电领域潜在的辅助作用,制备了聚合物/无机钙钛矿纳米杂化材料,得到了高性能的聚合物发光二极管。主要研究成果如下:(1)提出了无机钙钛矿量子点后处理的优化策略,有效控制了其表面配体的密度,进而提高了其发光二极管的效率。首先利用热注射法合成了CsPbBr3量子点,通过一系列测试,证明我们得到了高度单分散且排列密集的高品质产物。对CsPbBr3量子点的团聚机理进行了讨论并且对其后处理过程中的离心方法和溶剂组合进行了优化。对比了基于优化前后得到的CsPbBr3量子点的发光二极管的器件性能:优化后,器件的最大亮度可达到3592 cd/m2,最佳电流效率可以达到5.0 cd/A,启亮电压为3.4 V,亮度和电流效率分别提高了7.1倍和9.6倍。证明了恰当的后处理方法可以明显提高CsPbBr3量子点发光二极管的性能表现。(2)利用聚合物基质保护无机钙钛矿量子点,提高了它的环境稳定性,构筑了基于无机钙钛矿量子点的柔性白光发光二极管,拓展了其在柔性电子领域的应用。首先利用后封装的方法制备了具有大面积、发光均匀、透明、柔韧性、荧光颜色可调、良好的水热稳定性以及自支撑等优点的CsPbX3量子点/聚合物复合薄膜。该复合薄膜展现出理想的水热稳定性。此外,我们选择自主制备的柔性蓝光有机发光二极管作为背光板,利用CsPbBr3/聚合物复合薄膜作为颜色转换膜,制备了基于无机钙钛矿量子点的、发光均匀的柔性白光发光二极管。(3)提出了共轭聚合物/无机钙钛矿纳米杂化材料制备方法,并基于此杂化材料得到了高性能的聚合物发光二极管。利用物理掺杂的方法将无机钙钛矿量子点引入聚(9,9-二辛基芴)(PFO),制得了PFO/无机钙钛矿纳米杂化材料。通过紫外-可见光光谱和荧光光谱的分析,证明了该杂化材料的薄膜中产生了PFO的β构象。随着无机钙钛矿量子点含量的增加,PFO的β构象的含量也随之提高。基于含有40%CsPbBr3量子点的PFO/无机钙钛矿纳米杂化材料的聚合物发光二极管展现出最好的性能。器件的最大电流效率可达到5.0 cd/A,最大亮度为2200 cd/m2。相比于基于PFO的聚合物发光二极管,电流效率和亮度都有很大的提高。证明了PFO/无机钙钛矿纳米杂化材料具有更高的载流子传输能力并对聚合物发光二极管的性能有较大提升。与此同时,也揭示了钙钛矿量子点在光电子领域潜在的辅助功能。
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