發(fā)布時間：2020-11-04 08:38

　　 鈣鈦礦材料作為優(yōu)異的半導(dǎo)體材料在太陽能電池中具有廣泛的應(yīng)用,短短幾年時間,其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從3.8%增長到22.7%。更讓人驚奇的是,它同時具有優(yōu)異的發(fā)光特性,用簡單溶液法制備的薄膜就可實(shí)現(xiàn)較高外量子效率發(fā)光和低閾值激光。2014年,最先采用CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x和CH_3NH_3PbBr_3材料,制備了外量子效率和內(nèi)量子效率分別為0.76%和3.4%的近紅外,0.1%和0.4%的綠色發(fā)光二極管。近來,準(zhǔn)二維綠色發(fā)光二極管的電流效率已經(jīng)提升到了62.4 cd/A,外量子效率高達(dá)14.36%。因其制備簡單、成本低廉、帶隙可調(diào)的溶液制備方法,使鈣鈦礦發(fā)光二極管在低成本、低能耗的顯示和照明領(lǐng)域擁有極大的應(yīng)用前景。本論文采用低成本易操作的溶液法制備鈣鈦礦薄膜,對制備鈣鈦礦發(fā)光二極管器件的基本實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了系統(tǒng)摸索,對鈣鈦礦薄膜性質(zhì)、激子注入平衡和器件界面物理過程對發(fā)光器件光電性能的影響做了詳細(xì)研究。研究內(nèi)容主要包含以下三個方面:1、調(diào)研甲胺鈣鈦礦發(fā)光二極管研究現(xiàn)狀,并在實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦太陽能電池制備的基礎(chǔ)上,分別在空氣和手套箱中,調(diào)節(jié)甲胺陽離子(CH_3NH_3Br)和無機(jī)鉛離子(PbBr_2)的比例配制前驅(qū)體溶液,采用溶液法一步旋涂進(jìn)行鈣鈦礦薄膜的生長制備。前期在空氣中控制鈣鈦礦成膜,發(fā)現(xiàn)其難度較大,容易受環(huán)境影響造成鈣鈦礦晶體分解,雖然也能制備出鈣鈦礦薄膜,但覆蓋度較低。為了更好控制成膜,我們開始在手套箱中制備鈣鈦礦薄膜。同時為了進(jìn)一步改善薄膜覆蓋度和平整性,我們采用反溶劑法來制備鈣鈦礦薄膜,進(jìn)一步提高器件性能。后續(xù)通過不斷優(yōu)化前驅(qū)體溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù),并對制備出的發(fā)光二極管器件進(jìn)行光電性能表征,得出制備發(fā)光二極管的最優(yōu)濃度和器件結(jié)構(gòu)。2、我們在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對空穴傳輸層PEDOT:PSS和發(fā)光層CH_3NH_3PbBr_3的界面激子物理過程進(jìn)行了研究。我們在空穴傳輸層和薄膜發(fā)光層之間插入一層超薄的空穴緩沖層PFO,并對界面鈣鈦礦薄膜的瞬態(tài)熒光壽命(TR-PL)、瞬態(tài)光電壓壽命(TPV)、穩(wěn)態(tài)熒光強(qiáng)度(PL)和器件光電性能(J-L-V)等進(jìn)行表征。我們可以發(fā)現(xiàn),超薄PFO的插入,避免了PEDOT:PSS與CH_3NH_3PbBr_3的直接接觸,鈍化了鈣鈦礦晶體的淺層缺陷,并輕微提升了薄膜覆蓋度,明顯減少了界面激子淬滅,提高了自由電荷再復(fù)合幾率,增加輻射復(fù)合退激出光幾率,顯著地提高器件亮度,并提高電流效率。3、CH(NH_2)_2PbBr_3因其有機(jī)鏈為甲脒而被稱為甲脒鈣鈦礦材料。最先應(yīng)用于太陽能電池研究中,同時由于其優(yōu)異的PL性能,逐漸用于激光和發(fā)光二極管中。因其常用于二維和量子點(diǎn)器件中,制備方法復(fù)雜耗時。因此,我們對溶液法一步旋涂制備甲脒鈣鈦礦器件進(jìn)行研究。我們依據(jù)甲胺鈣鈦礦發(fā)光二極管制備基礎(chǔ),將CH(NH_2)_2Br與PbBr_2按照不同的比例溶解于DMF中,采用一步旋涂法,在空穴傳輸層基底上進(jìn)行旋涂,并在旋涂過程中使用氯苯?jīng)_洗。對比不同比例下鈣鈦礦發(fā)光二極管的器件性能,得出最優(yōu)比例。同時,我們還對比了熱退火和真空退火對器件性能的影響,重復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熱退火器件的性能明顯優(yōu)于真空退火的器件。本文主要對溶液法制備甲胺和甲脒鈣鈦礦發(fā)光二極管進(jìn)行了基礎(chǔ)研究,發(fā)現(xiàn)有機(jī)陽離子和無機(jī)鉛離子的比例及前驅(qū)體濃度對器件性能影響很大,同時反溶劑修飾薄膜對器件性能具有積極作用。進(jìn)一步對器件界面激子物理過程進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)避免電荷傳輸層和發(fā)光層的直接接觸可以減少激子淬滅,并再復(fù)合補(bǔ)償器件性能。為后續(xù)提高鈣鈦礦發(fā)光二極管效率的研究提供了有力的實(shí)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN312.8
【部分圖文】：

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文高載流子遷移率、高色純度、高量子效率、低俄歇復(fù)合率較長的載流子遷移長度等優(yōu)點(diǎn)。同時也因其制備成本低、等優(yōu)點(diǎn)，過去幾年在能源利用領(lǐng)域產(chǎn)生的影響是非常轟動領(lǐng)域[11-13]和發(fā)光二極管領(lǐng)域[2; 7; 14-21]，除此外，在光電探測阻器[25]等半導(dǎo)體器件領(lǐng)域也取得了不錯的突破。其中，在鈦礦材料中，CH3NH3PbI3（MAPbI3），CH3NH3PbCl3（r3（MAPbBr3）是最具代表性的三種。

第 1 章 緒論性，使其成為制備太陽能電池的理想材料，受到研究者的發(fā)光二極管材料作為優(yōu)異的直接帶隙半導(dǎo)體材料在太陽能電池中有廣是，它同時具有優(yōu)異的發(fā)光特性，用簡單溶液法制備的薄效率發(fā)光二極管和低閾值激光。有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材，高量子效率以及帶隙可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，不同鹵化物以及比例具有不同帶隙寬度，可對應(yīng)不同波長的可見光發(fā)射[47; 48]，如之外，常見的還有 MAPbI3-xClx、MAPbBr3-xClx。另外，A+進(jìn)行取代或者摻雜，常用的有 CsPbBr3、FAPbBr3及其材料[49; 50]，以及用錫替換鉛的無鉛鈣鈦礦材料。總的來3中，A 基團(tuán)可以是有機(jī)陽離子基團(tuán)，也可以是無機(jī)陽離機(jī)雜化、全無機(jī)鈣鈦礦發(fā)光二極管[51]和無鉛鈣鈦礦發(fā)光

圖 1.3 鈣鈦礦電池和發(fā)光二極管制備方法[55]，（a）一步旋涂法、（b）兩步旋涂法、（c）熱蒸法和（d）熏蒸法1.3.3 鈣鈦礦發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)鈣鈦礦發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)多借鑒于鈣鈦礦太陽能電池和有機(jī)發(fā)光二極管，主要包含銦錫氧化物（ITO）陽極、鈣鈦礦發(fā)光層、金屬陰極三個部分，被稱為三明治結(jié)構(gòu)，常用鈣鈦礦發(fā)光層、電子和空穴傳輸層的結(jié)構(gòu)如圖 1.4 所示。選擇表面鍍有ITO 的導(dǎo)電玻璃作為陽極，其中 ITO 和玻璃都是透明的，以便讓發(fā)光層發(fā)出的光可以很好地透過。在發(fā)光層兩面，常常還有電子傳輸層、電子阻擋層和空穴傳輸層、空穴阻擋層，常采用真空蒸鍍和旋涂成膜的方式進(jìn)行薄膜生長。金屬陰極常采用真空蒸鍍的方式蒸鍍 100-150 nm。整個發(fā)光器件厚度在幾十納米到一微米之間。在這眾多結(jié)構(gòu)層中，不同薄膜層功能并不一樣，因此，如何優(yōu)化各薄層自身成膜效果和層與層之間的界面性質(zhì)，以及界面能級匹配平衡載流子注入等問題，就是我們研究的主要內(nèi)容。隨著鈣鈦礦發(fā)光二極管研究的深入，鈣鈦礦發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)常根據(jù)發(fā)光功能層的晶體性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，主要包括三維平面結(jié)構(gòu)[7]、準(zhǔn)二維
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本文編號：2869884