發(fā)布時間：2020-03-26 12:23

【摘要】：無機鈣鈦礦量子點是由全無機元素組成的,與有機-無機雜化鈣鈦礦量子點相比,具有更好的結構和光學穩(wěn)定性,作為固態(tài)照明和新—代顯示器光源具有明顯地優(yōu)勢。全無機鈣鈦礦量子點不僅具有半導體量子點固有的尺寸可調(diào)諧光電子性質,還可以通過改變鹵素組份的比例和濃度實現(xiàn)帶隙的靈活調(diào)控,發(fā)光范圍可以覆蓋幾乎整個可見光范圍,光致發(fā)光量子發(fā)光效率高達90%,且發(fā)光純度高,發(fā)光線寬窄,在發(fā)光二極管、光電探測器、激光器和太陽能電池等光電領域有廣泛地應用前景。然而,在采用液相法合成無機鈣鈦礦膠體量子點的過程中,不可避免地需要使用有機表面活性劑來協(xié)助反應的進行,導致最終合成的量子點產(chǎn)物表面包覆有大量的表面配體。在組裝量子點發(fā)光二極管時,有機表面配體會在量子點薄膜表面形成絕緣層,屏蔽載流子的注入,制約了發(fā)光二極管器件性能提高。而載流子在量子點發(fā)光層發(fā)生復合之前,其注入效率、傳輸效率和載流子平衡程度則取決于器件的能級結構。本文針對以上問題,從材料合成后的表面處理和器件結構優(yōu)化角度出發(fā),研究了自組裝CsPbBr3量子點薄膜的制備方法和提出了量子點發(fā)光二極管器件載流子傳輸層的優(yōu)化策略,制備出了高性能的CsPbBr3量子點發(fā)光二極管,主要研究成果具體如下:(1)全無機鈣鈦礦量子點的制備與光學性能。采用高溫油相注射法和鹵素陰離子交換法合成了全無機鈣鈦礦(CsPbX3,X=C1、Br、I、Cl/Br、Br//I)量子點,通過研究量子點的分散性,確定了采用“兩步法”純化過程來對量子點進行合成后處理,獲得具有單分散性且可以穩(wěn)定保存的膠體量子點溶液,提出了純化過程中量子點表面配體發(fā)生變化的工作原理。通過穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜分析,研究了鹵素組分比例和濃度對量子點的發(fā)光性能的影響,實現(xiàn)了對混合鹵素鈣鈦礦量子點光致發(fā)光峰在416 nm到671 nm范圍內(nèi)的準確地調(diào)控,調(diào)控精度高達2 nm。研究了 CsPbBr3量子點在10-300 K范圍內(nèi)的變溫光致發(fā)光特性,隨溫度升高,發(fā)光強度逐漸降低,發(fā)光峰位發(fā)生藍移。此外,還研究了有機聚合物對量子點的光學穩(wěn)定性的影響,聚二甲基硅氧烷與無機鈣鈦礦量子點具有良好的結構和性能兼容性。該工作為接下來的無機鈣鈦礦量子點發(fā)光二極管的制備和量子點在柔性光電器件領域的應用奠定了理論和實驗基礎。(2)CsPbBr3量子點薄膜的自組裝及在發(fā)光二極管中的應用。為了獲得高質量的量子點薄膜,首先采用一種新型的溶劑表面處理技術對CsPbBr3量子點表面進行鈍化處理,經(jīng)過處理之后的量子點被賦予了自組裝的能力,在溶劑揮發(fā)的過程中可以自發(fā)的組裝成薄膜,從而制備出了致密平滑的CsPbBr3量子點自組裝薄膜,并提出了表面配體引導的量子點自組裝成膜機制。研究了 CsPbBr3量子點薄膜的化學穩(wěn)定性和在高能激光(波長為442 nm)的連續(xù)輻射下,量子點薄膜的發(fā)光穩(wěn)定性,結果表明量子點自組裝薄膜的發(fā)光穩(wěn)定性提高了 35%左右。基于CsPbBr3量子點薄膜構建了發(fā)光二極管,研究了量子點薄膜質量對器件性能的影響�；贑sPbBr3量子點自組裝薄膜的器件載流子的注入效率被顯著地提高,且其最高外量子效率和最大發(fā)光強度比基于CsPbBr3量子點非自組裝薄膜的器件分別高出了約34倍和11倍,其最大電流效率是5.57cd/A,最大功率效率是1.59 lm/W。該工作為量子點薄膜制備和后續(xù)優(yōu)化發(fā)光二極管器件的性能提供了新的思路和理論與實驗基礎。(3)新型電子傳輸層在量子點發(fā)光二極管中的應用。研究了 Alq3、TPBi和Bphen這三種電子傳輸材料對器件發(fā)光性能的影響,結果表明TPBi更適合作為電子傳輸材料應用在器件中。根據(jù)載流子平衡與外量子效率之間的關系,分析了基于TPBi器件性能最優(yōu)的原因,并提出了結構為TPBi/Alq3/TPBi的新型電子傳輸層結構。研究表明,基于新型電子傳輸層的發(fā)光二極管的最大外量子效率和最大電流效率分別提高了 191%和192%。此工作為下一步研究空穴傳輸層對器件結構和性能的影響提供了理論和實驗基礎。
【圖文】：

１．結構特性逡逑全無機鈣鈦礦材料具有典型的鈣鈦礦晶體結構，以ＣｓＰｂＢｒ３的晶體結構為例，如逡逑圖１．２ａ所示，ＰｂＢｒ６八面體以頂角－頂角的方式相連接，在二維空間延伸形成網(wǎng)絡結逡逑構，而Ｃｓ離子則填充在八面體之間的空隙里而ＣｓＰｂＢｒ３的電子結構是由組成八面逡逑體的Ｐｂ和Ｂｒ的電子結構共同作用而決定的，與Ｃｓ的電子結構無關。ＣｓＰｂＢｒ３的價帶逡逑和導帶之間是沒有相互耦合作用的，，如圖１．２ｂ所示，其價帶頂（ｖａｌａｎｃｅ邋ｂａｎｄ逡逑ｍａｘｉｍｕｍ，邋ＶＢＭ）是由Ｐｂ的ｓ軌道與Ｂｒ的ｐ軌道發(fā)牛．ｉ＇－ｐ雜化而形成的，要高于Ｂｒ的逡逑ｐ軌道；而導帶底（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｂａｎｄ邋ｍｉｎｉｍｕｍ，ＣＢＭ），則是由Ｐｂ的；ｊ軌道與軌道相逡逑互耦合而形成的，要低于Ｂｒ的軌道。這種獨特的電子結構，導致缺陷態(tài)的能級或者逡逑低于ＣｓＰｂＢｒ：？價帶頂，或者高于導帶底，幾乎不會對ＣｓＰｂＢｒ３的電子結構產(chǎn)生影響［３１＿逡逑３３１。對于ＣｄＳｅ量子點而言

逑與ＣｄＳｅ／Ｃｄ－ＺｎＳ核殼結構的量子點比，無機鈣鈦礦量子點無需進行表面包覆就可逡逑以獲得優(yōu)異的光學性能，如圖１．３所示。就通過調(diào)控鹵素比例和量子點的尺寸，無機鈣逡逑鈦礦量子點的發(fā)光實現(xiàn)了可覆蓋幾乎整個可見光區(qū)域（４１０－７００邋ｎｍ），發(fā)光效率高達５０－逡逑９０％，發(fā)光線寬在１２邋ｎｍ到４２邋ｎｍ之間。此外，由于無機鈣鈦礦量子點的激子玻爾半徑逡逑都相對較�。ǎ茫螅校猓拢颍常海罚睿�，ＣｓＰｂＩ３：１２ｎｍ，ＣｓＰｂＣｌ３：５ｎｍ），且合成后的提純處理會對量逡逑子點的粒徑有一定的影響，所以，改變鹵素是比例和種類是調(diào)控無機鈣鈦礦量子點發(fā)逡逑光的主要手段［２（），３４］。逡逑與有機－無機雜化鈣鈦礦量子點相比，無機鈣鈦礦量子點的光致發(fā)光壽命更短，大逡逑約為１－２９批，而１＾八？１）１３光致發(fā)光壽命約為１００仳，１＾八？匕８１＇３－］｛＜：丨辦＝０．６－２）的光致發(fā)光逡逑壽命則大約為４０－４００邋ｎｓ
【學位授予單位】：湖北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN312.8

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本文編號：2601436