【摘 要】
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卤化物钙钛矿材料作为一种新兴的具有优异光电性能的材料,在显示、照明、光伏电池等领域大放异彩,受到了广泛的关注。其中,CsPbI3钙钛矿纳米晶(NCs)因其理想的带隙、有效的光吸收和源自全无机成分的高热稳定性而受到发光二极管(LEDs),太阳能电池和光电探测器(PDs)领域的广泛关注。然而,受限于其热不平衡诱导的亚稳态(黑相)到稳态(黄相)的相变问题,CsPbI3 NCs的低成本、大产率、简便易操作
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卤化物钙钛矿材料作为一种新兴的具有优异光电性能的材料,在显示、照明、光伏电池等领域大放异彩,受到了广泛的关注。其中,CsPbI3钙钛矿纳米晶(NCs)因其理想的带隙、有效的光吸收和源自全无机成分的高热稳定性而受到发光二极管(LEDs),太阳能电池和光电探测器(PDs)领域的广泛关注。然而,受限于其热不平衡诱导的亚稳态(黑相)到稳态(黄相)的相变问题,CsPbI3 NCs的低成本、大产率、简便易操作的室温合成法迟迟没有问世。此外,CsPbI3 NCs的稳定性问题、符合更高清显示标准的精准红光钙钛矿材料的开发,也是亟需解决的问题。基于此,本论文以碘基铅卤钙钛矿材料为主体,开发了一种新的室温合成法,并通过掺杂和光谱调控分别实现了稳定性的提升和“精准红光”器件的构筑,有望推动钙钛矿材料在显示领域的进一步发展和应用。主要研究结果总结如下:(1)CsPbI3NCs室温合成法的开发及其器件应用。本章节主要研究了一种CsPbI3NCs的低成本、高产率室温合成法,通过引入十二烷基苯磺酸(DBSA)配体,利用磺酸基团与Pb2+的强相互作用,以及苯环的大位阻效应,成功抑制了铅碘八面体的扭转,保证了γ-CsPbI3NCs在室温非极性溶剂的稳定合成。此外基于获得的NC,构筑的LED的外量子效率(EQE)为5.98%,启亮电压为2.3 V,最大亮度为234 cd/m~2;PD的开/关比约200,响应速度为22和93μs,且具有良好的光稳定性。(2)CsPbI3NCs的稳定性的提升。本章节主要研究了一种提高CsPbI3NCs空气稳定性的掺杂方法。通过B位掺杂,用小尺寸的Zn2+代替一部分Pb2+,提高了各离子尺寸的匹配性,使得材料容忍因子增大。并且通过探讨掺杂不同含量的Zn对NC光学性能和器件性能的影响,筛选出最佳掺杂浓度为20%。在保证NC优良的光学性能的同时,将CsPbI3NCs的稳定性从约1天提升至8天,相应器件EQE从5.98%提升至6.98%。(3)“精准红光”钙钛矿NC的合成及其器件应用。本章节主要研究了符合Rec.2020高清显示标准要求的“精准红光”混合卤素钙钛矿NC的光谱调控方法,通过前驱体组分调控协同后处理阴离子交换方法成功将发光峰位715 nm的CsPbI3NCs光谱调控至发光峰位于632 nm的“精准红光”CsPbI3-XBr XNC,并构筑了相应的“精准红光”LED,LED器件的启亮电压为2.3 V,效率为3.07%,色纯度高,EL光谱稳定性良好。
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