【摘要】：經(jīng)過了近十年的研究與發(fā)展,鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)化效率已從3.8%顯著地提升到24.2%。鈣鈦礦材料不僅在光伏領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異,在顯示與照明領(lǐng)域也已嶄露頭角。鈣鈦礦量子點(PQD)因具有發(fā)光量子產(chǎn)率高(PLQY)、色純度高、量子限域效應(yīng)強以及激子結(jié)合能大等優(yōu)異的性質(zhì)在發(fā)光領(lǐng)域引起了研究者的廣泛關(guān)注。然而,較多的表面缺陷及其誘導的非輻射復合仍是阻礙PQD實際應(yīng)用的主要問題之一。這不僅降低了PQD的發(fā)光效率,還容易誘發(fā)團聚,導致其穩(wěn)定性急劇下降。此外,以PQD為電致發(fā)光層的器件整體性能仍普遍較低,有待從器件制備工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等若干方面加以改進。針對上述問題,本文主要從量子點的合成、配體鈍化、器件制備與電子傳輸層優(yōu)化這四個方面分別對MAPbBr_3量子點發(fā)光器件的光電性能進行了改善。(1)改進合成方法以提升量子點PLQY:我們采用室溫配體輔助再沉淀技術(shù)來合成MAPbBr_3量子點,離心后去除沉淀用于后續(xù)表征及器件制備。通過對CH_3NH_3Br:PbBr_2前驅(qū)體比例及溶液濃度的優(yōu)化,減少了MAPbBr_3量子點的表面缺陷,提高了其熒光衰減壽命,得到了高PLQY的綠色有機-無機雜化鈣鈦礦量子點溶液。在此基礎(chǔ)上,制備了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/PVK/MAPbBr_3 QDs/TPBi/LiF/Al的鈣鈦礦量子點發(fā)光二極管(PQD-LED),其最大亮度及電流效率分別為845 cd m~(-2)和2.21 cd A~(-1)。(2)引入三辛基氧化膦(TOPO)配體以提升量子點穩(wěn)定性及發(fā)光效率:為了提高MAPbBr_3量子點的光學性能及穩(wěn)定性,我們在合成MAPbBr_3量子點的非極性溶劑甲苯中添加了不同濃度的TOPO以鈍化量子點的缺陷。實驗結(jié)果顯示,TOPO的最優(yōu)化摻雜體積為100μL,且TOPO鈍化的MAPbBr_3量子點的光致發(fā)光壽命達到了7.56 ns,較未鈍化的量子點提升了65.8%。此外,通過對MAPbBr_3量子點溶液的穩(wěn)定性測試表明,TOPO添加量的增加有助于提升溶液的穩(wěn)定性。當TOPO的添加量為1 mL時,室溫空氣環(huán)境下的MAPbBr_3量子點的溶液穩(wěn)定性超過了20天。在此基礎(chǔ)上我們制備了與前一部分器件結(jié)構(gòu)相同的PQD-LED,確定了TOPO的最優(yōu)摻雜濃度,器件的穩(wěn)定性和發(fā)光性能均有了明顯的提升。器件半衰期由最初的44 s顯著提升至7 min;器件的最大亮度、電流效率及外量子效率分別為1635 cd m~(-2)、5.51cd A~(-1)和1.64%,提升因子分別為93.5%、149.3%和168.9%。(3)采用電子傳輸層共混以提高器件性能:為了進一步提升PQD-LED的器件性能,我們引入B3PYMPM:TPBi替代第一部分器件結(jié)構(gòu)中的純TPBi作為電子傳輸層,制備了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/PVK/MAPbBr_3 QDs/B3PYMPM:TPBi/LiF/Al的綠色PQD-LED。電子傳輸層的共混有效降低了器件中的電子注入勢壘,促進了電子-空穴在發(fā)光層中的復合。單載流子器件表征結(jié)果顯示,B3PYMPM:TPBi共混與單一材料的電子傳輸層器件相比更有利于平衡器件中的電子和空穴。優(yōu)化后的PQD-LED的最大亮度、電流效率和外量子效率分別達到了2363 cd m~(-2)、6.24 cd A~(-1)和1.74%,較純TPBi作為電子傳輸層的器件分別提升了44.5%、13.2%和6.1%。綜上,我們通過優(yōu)化MAPbBr_3量子點的合成方法,得到了能用于制備綠色電致發(fā)光器件的有機-無機雜化鈣鈦礦量子點;通過TOPO鈍化提高了有機-無機雜化鈣鈦礦量子點的穩(wěn)定性與熒光衰減壽命,分析了其鈍化機理;利用電子傳輸層共混的方法進一步提升了PQD-LED的光電性能。本工作為制備出高質(zhì)量膠體有機-無機雜化鈣鈦礦量子點溶液以及高性能電致發(fā)光器件提供了行之有效的解決方案。
【圖文】：

2+），在鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中，這些八面體共享角以形成三維于框架腔中以平衡負電荷，而 X 則為鹵素陰離子（I㧟、Cl㧟忍因子 t 和八面體因子 μ 來評估能否形成穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)離子半徑 r 決定的，μ 是由 B 和 X 的離子半徑 r 的比值決)/√2( + ) 當容忍因子和八面體因子分別在 0.80＜t＜1.11 和 0.44＜μ, 5]。但是根據(jù)容忍因子的計算公式，只有摻入小的陽離子味著具有較大離子半徑的 Pb2+（1.19 ）和鹵素離子（如 半徑限制為 2.90 。因此，只有少于兩個或三個 C-C 或 C-如 Cs+：1.88 ），才適合形成立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[6]。

南京郵電大學專業(yè)學位碩士研究生學位論文 第一章 緒論（2）二維層狀鈣鈦礦與三維鈣鈦礦相反，當引入的陽離子不適合 BX6八面體之間的立方八面體腔時，就會形成結(jié)構(gòu)通式為(RNH3)2An 1BnX3n+1（n=1，純二維層狀結(jié)構(gòu)；n=∞，三維結(jié)構(gòu)；n=其它整數(shù)，準二維分層結(jié)構(gòu)）的二維層狀鈣鈦礦。陽離子的引入使得晶體的立方體對稱性被破壞，并且原始三維結(jié)構(gòu)的無機鹵化鉛層可以被分離成<001>或<110>取向的切口以容納更大的陽離子（圖 1.2(a)）。無機鹵化鉛層之間通過弱的范德華力連接，這些層狀納米結(jié)構(gòu)可以被看作是天然的量子阱結(jié)構(gòu)，其中，無機層充當“阱”而有機分子充當“勢壘”，，如圖 1.2(b)。由于“阱”和“勢壘”的介電常數(shù)不同而使電子-空穴相互作用增強，導致二維鈣鈦礦具有非常大的結(jié)合能（通常~102meV），而降低的晶體對稱性有助于增強光致發(fā)光（PL）強度或光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY），因此二維層狀鈣鈦礦也是發(fā)光應(yīng)用的理想選擇之一。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN383.1;O471.1

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