【摘要】：近幾年來,一種最具潛力的新型光電材料—有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的出現(xiàn),使得人們的目光再次聚焦在光伏、發(fā)光器件、激光、傳感器等多個領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料,這種新型的半導(dǎo)體材料具有原料來源廣,可溶液處理、合成簡單、載流子遷移率高、帶隙可調(diào),可實現(xiàn)光譜調(diào)控等諸多優(yōu)點。自2014年,劍橋大學(xué)Tan.et al首次實現(xiàn)以甲胺鉛溴(MAPbBr3)作為主體發(fā)光材料在室溫下發(fā)光以來,短短的幾年時間內(nèi)其鈣鈦礦發(fā)光二極管的性能大幅度提升。但是鈣鈦礦材料在電致發(fā)光器件研究領(lǐng)域中還存在諸多問題亟待解決,如改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶形貌,減少漏電流,提高其穩(wěn)定性等。本論文結(jié)合研究團隊在有機電致發(fā)光器件研究基礎(chǔ)之上,通過制備出高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜,從而提高鈣鈦礦發(fā)光二極管的亮度和效率,主要工作包括以下三個方面:1.采用一步旋涂工藝制備鈣鈦礦薄膜的基礎(chǔ)上,向MAPbBr3鈣鈦礦前驅(qū)液中加入不同體積的苯乙胺溶液,通過分析苯乙胺溶液對MAPbBr3薄膜形成的形貌特征和晶體特性之間的關(guān)系,結(jié)合相應(yīng)的器件性能測試結(jié)果,以此來探究苯乙胺溶液對MAPbBr3鈣鈦礦薄膜的性能并優(yōu)化工藝,從而獲得最大亮度29268 cd/m2和最高效率9.81 cd/A的鈣鈦礦發(fā)光二極管。2.研究不同添加劑,苯胺溴、苯甲胺溴和苯乙胺溴三種物質(zhì)對鈣鈦礦薄膜形貌和器件性能的影響,揭示添加不同鏈長的苯基烷胺溴對最終鈣鈦礦發(fā)光二極管性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)沒有二維材料的添加時,MAPbBr3形成的薄膜顆粒較大,覆蓋率較低,熒光強度和熒光壽命較差。當(dāng)在MAPb Br3中引入過量的苯胺溴,苯甲胺溴或者苯乙胺溴,薄膜覆蓋率達(dá)到100%,隨著二維材料含量的不斷增大,苯胺溴對鈣鈦礦薄膜的影響變化最大,薄膜覆蓋率急劇下降,顆粒明顯變大,苯甲胺次之,苯乙胺溴變化較小,薄膜覆蓋率較高,從而可以得出,鏈長越長,對MAPbBr3影響越大,薄膜顆粒越小,覆蓋率越低。鏈長越長對發(fā)光二極管的傳輸性能越差,從而導(dǎo)致發(fā)光二極管的性能較差,但是鏈長越長發(fā)光二極管的穩(wěn)定性越好。反之鏈長越短,發(fā)光二極管的傳輸性越好,但是當(dāng)MAPbBr3中含量稍微減少的時候,薄膜的覆蓋率急劇下降,導(dǎo)致發(fā)光二極管的漏電流較大,從而使得發(fā)光二極管的性能變差,發(fā)光二極管的穩(wěn)定性越差。3.空氣中制備全無及鈣鈦礦(CsPbBr3)薄膜,通過改變CsBr,PbBr2的比例調(diào)控晶體結(jié)構(gòu),當(dāng)CsBr的添加未過量的時候,CsPbBr3薄膜的晶體結(jié)晶性很差,并且存在枝狀晶體生長,同時也會導(dǎo)致薄膜覆蓋率很差;隨著CsBr添加的比例逐漸提高到,CsPbBr3薄膜晶體結(jié)晶性越來越好,顆粒明顯減小,薄膜覆蓋率明顯提高,生長被適量的CsBr所抑制,從初始的枝狀晶體轉(zhuǎn)化為立方狀晶體。此外,當(dāng)CsBr在薄膜中過量的時候,會形成不同的晶體結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致薄膜的熒光強度很強,器件的性能大幅度提升,最終得到4.6cd/A的效率和43686cd/m2的亮度的高性能發(fā)光二極管。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN383.1;TB383.2
【圖文】：

第一章 緒論引言隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各種各樣的新型技術(shù)應(yīng)用于人類生活之中，其中信息顯術(shù)發(fā)展最為顯著。自陰極射線管（CRT）誕生以來，便開啟了顯示技術(shù)領(lǐng)域的新篇但其功耗大，壽命短等缺點，促使顯示技術(shù)不斷發(fā)展改進。進入 21 世紀(jì)，具有低，超薄，色純度高，可彎曲，尺寸多樣的高分辨率有機半導(dǎo)體顯示技術(shù)（OLED）優(yōu)越的性能應(yīng)際而生，自此顯示技術(shù)進入一個新的領(lǐng)域。作為電致發(fā)光領(lǐng)域最具熱研究之一，使其迅速發(fā)展并得以商業(yè)化。從 OLED 的屏幕顯示技術(shù)主要由三星掌握今京東方，華星光電等諸多 OLED 平面顯示企業(yè)孕育而生，開辟 OLED 顯示屏的鏈，如圖 1.1 所示為 OLED 在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。隨著 OLED 顯示技術(shù)的完善，研究者將目光轉(zhuǎn)移到一些原料成本更低，來源更廣和性能更高的光電材料。

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文是需要背光源，這大大加大了制備工藝的復(fù)雜性和制備成本。另一類是有機發(fā)光半導(dǎo)，早在 1987 年，由美國柯達(dá)公司提出的“三明治”器件結(jié)構(gòu)是 OLED 研究進入一個新領(lǐng)域的重要標(biāo)志[1]。這種夾層式結(jié)構(gòu)即在發(fā)光材料兩邊通過旋涂或蒸鍍有機功能材（空穴和電子傳輸層），陽極用透明電極（ITO 或者 FTO）以利于光的出射，陰極用屬材料（Al 或 Ag）調(diào)控電子注入。當(dāng)在電極兩邊加上直流電源，通過電場的驅(qū)動，沒有背光源的條件下，載流子進行注入和復(fù)合從而實現(xiàn)自主發(fā)光。根據(jù)有機功能層的別，分成單層，雙層，三層和多層結(jié)構(gòu)[2]，如圖 1.2 所示。

將各類化學(xué)元素不相同但晶體結(jié)構(gòu)與 a i3相似的材料統(tǒng)稱鈣鈦礦，通使用 X3來表示，其中 A 表示 CH3NH3+（MA+）、  、 (NH2)2CH+（FA+）等一價離子，B 表示b2、n2、e2等二價金屬陽離子，X 表示 l 、 r 、 等一價鹵素離子。A 位于立方晶胞的中心處，同時又與 12 個 X 搭配構(gòu)成正八面體。B 位于立方胞的頂角，同時又與 6 個 X 配位形成八面體[17, 18]，如圖 1.3 所示。其中，容許因子τ作 X3能否構(gòu)成穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，可以表示為：τ =rArB√2(rBrx)（1.1）（1.1）中，rA是 A（陽離子）的半徑；rB是 B（金屬離子）的半徑；rX是 X（陰離子）半徑。只有 的值介于 0.813 與 1.107 之間時，鈣鈦礦的晶格才可以穩(wěn)定存在。當(dāng) 值小時，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的對稱性會降低，轉(zhuǎn)化為 相或 相。當(dāng) 值較大時，使得三維鈣鈦向低維鈣鈦礦轉(zhuǎn)變。此外，八面體因子 （ = rB/rX）的值介于 0.44 與 0.90 之間更加利于立方晶格的穩(wěn)定[19-21]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 覃翔;董煥麗;胡文平;;溴化鈣鈦礦綠色發(fā)光二極管（英文）[J];Science China Materials;2015年03期

本文編號：2785026