【摘要】：本論文主要研究以銫鉛溴(CsPbBr3)為主體的綠光鈣鈦礦發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,LED)。無機(jī)鈣鈦礦 CsPbBr3本身具有較高的穩(wěn)定性,因此可以 用于制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦LED。目前,基于CsPbBr3鈣鈦礦的發(fā)光器件發(fā)展迅速,但是,CsPbBr3本身仍存在諸多問題限制著其發(fā)光效率的進(jìn)一步提高。三維CsPbBr3本身存在著大量的缺陷態(tài),并且結(jié)晶度較低,成膜質(zhì)量較差,同時(shí),CsPbBr3特殊光電性質(zhì)背后的物理化學(xué)機(jī)理也值得進(jìn)一步研究�；谝陨峡紤],我們通過向CsPbBr3體系中加入配體材料促使其形成低維鈣鈦礦材料,通過紫光-可見吸收光譜(UV-Vis),熒光光譜(PL),同步輻射掠入射角X-射線衍射(GIXRD)以及X-射線衍射(XRD)的對比表征分析,確定了低維鈣鈦礦中的組成成分。此外,我們還通過掃描電子顯微鏡(SEM),原子力顯微鏡(AFM)確定了其成膜質(zhì)量的提升,通過熒光量子產(chǎn)率(PLQY)測試發(fā)現(xiàn)了其發(fā)光效率的增強(qiáng),同時(shí)我們也制備了鈣鈦礦LED器件并對其進(jìn)行了較為全面的測試與分析。除此之外,我們也通過向CsPbBr3體系中引入堿金屬鹽,以此減少CsPbBr3中大量的缺陷態(tài),達(dá)到保持三維CsPbBr3本身穩(wěn)定性的同時(shí),大幅提高其發(fā)光效率的目的。我們通過PL,PLQY等測試分析了不同配比的鈣鈦礦薄膜,并且以此制備了 LED器件,通過測試與分析驗(yàn)證了原本的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�。本論文的主要研究�?nèi)容如下:1.我們通過在CsPbBr3體系中引入有機(jī)配體材料以此來制備低維鈣鈦礦薄膜,提高其熒光效率。盡管低維鈣鈦礦薄膜由于激子結(jié)合能較大,因此其發(fā)光效率較高,但是過量配體材料的加入會引起鈣鈦礦向著層數(shù)較小的層狀結(jié)構(gòu)生長,并且鈣鈦礦薄膜整體的導(dǎo)電性也會變差�；诖�,我們通過精確調(diào)控有機(jī)配體的占比,以此達(dá)到其最優(yōu)的發(fā)光效率。同時(shí),通過表征分析,我們發(fā)現(xiàn)限制其效率進(jìn)一步提高的原因在于層數(shù)較小的層狀鈣鈦礦的生成。因此,我們向鈣鈦礦中加入了另一種有機(jī)小分子,即甲脒氫溴酸鹽(FABr),通過該方法可調(diào)整層狀鈣鈦礦材料的形成能,以此可以有效地抑制單層鈣鈦礦材料的形成,并且大幅加強(qiáng)鈣鈦礦的結(jié)晶度,以此制備的綠光LED器件外量子效率(EQE)達(dá)到了 14.9%。2.目前低維鈣鈦礦的配體材料以有機(jī)材料為主。然而,有機(jī)材料本身熱穩(wěn)定不高,并且導(dǎo)電性較差,大多數(shù)有機(jī)配體材料均為絕緣材料,大量的引入會使得鈣鈦礦本身的導(dǎo)電性大幅降低�；诖�,我們制備了一種以堿金屬鹽溴化鈉(NaBr)為配體材料的二維/三維混合鈣鈦礦。Na離子可附著在CsPbBr3的晶體表面限制其生長,從而形成Ruddlesden-Popper(RP)型鈣鈦礦。同時(shí)在引入NaBr的鈣鈦礦薄膜中,亦存在非晶型的類鈣鈦礦物質(zhì)NaPbBr3,這種物質(zhì)會包裹在CsPbBr3的表面,由于兩者的介電常數(shù)存在較大差別,所形成的晶粒會有較強(qiáng)的介電限域效應(yīng),使得鈣鈦礦薄膜中的激子結(jié)合能大幅提升,發(fā)光效率增強(qiáng)。同時(shí),我們通過引入另一種有機(jī)小分子18-冠醚-6以提高鈣鈦礦的成膜質(zhì)量�；诖酥苽涞拟}鈦礦LED器件EQE 達(dá)到了 15.9%。3.盡管二維鈣鈦礦材料有著較高的發(fā)光效率,但是二維鈣鈦礦材料本身的熱穩(wěn)定性較差�；诖�,我們將重點(diǎn)放在了三維CsPbBr3中,通過引入一種堿金屬鹽溴化鋰(LiBr)來大量減少CsPbBr3鈣鈦礦中的缺陷態(tài)密度。通過調(diào)節(jié)LiBr的濃度達(dá)到最佳發(fā)光效率。此外,我們還向鈣鈦礦材料中引入了微量的聚氧化乙烯(PEO)。PEO的引入可大幅抑制鈣鈦礦中的離子遷移,基于此制備的LED器件EQE超過了 15%,并且鈣鈦礦LED在高亮度下的穩(wěn)定性得到了大幅度提升,在上千亮度下可達(dá)到超過2.3小時(shí)的半衰期。除此之外,我們發(fā)現(xiàn),這種摻雜Li金屬鹽的方法是通用的,以此我們向不同鹵素成分的CsPbX3(X=Cl,Br,1)中添加了 LiX(X=Cl,Br,I),由此制備了不同光譜波段的發(fā)光器件,可以很好的覆蓋CIE坐標(biāo)圖。
【圖文】：

丐鈦礦最山俄國人Ｇｕｓｔａｖ邋Ｒｏｓｅ發(fā)現(xiàn)，并以礦物學(xué)家Ｌｅｖ邋Ｐｅｒｏｖｓｋｉ命名。釣＿逡逑鈦礦的主要組成成分是鈦酸鈣（ＣａＴｉ０３），邐？種立方相的晶體礦物｜６。隨后，研究者逡逑們發(fā)現(xiàn)了較多類似于ＣａＴｉ０３晶體結(jié)構(gòu)的礦物材料，于是將此類材料統(tǒng)稱為鈣鈦礦逡逑材料。根據(jù)ＣａＴｉＣｂ的晶體結(jié)構(gòu)，｜丐鈦礦材料應(yīng)具有三種元素，我們分別用Ａ．Ｂ．Ｘ逡逑來表示類似于鈣（Ｃａ），鈦（Ｔｉ）和氧（０）之類可以形成鈣鈦礦的元素，于是鈣鈦礦材料逡逑可以統(tǒng)一用化學(xué)式ＡＢＸ３來表示。鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)如圖１．１邋（ａ）所示。Ｂ元素逡逑位于立方體的體心，一般為一價(jià)陽離子，Ａ元素位于立方體的八個頂點(diǎn)，一般為過逡逑渡金屬元素，而Ｘ元素則位于立方體六個面的中心，一般為陰離子。有很多種類逡逑的金屬陽離子可以與陰離子形成較為穩(wěn)定的鈣鈦礦晶體。依據(jù)Ｖｉｃｔｏｒ邋Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ逡逑提出的容忍因子理論１７？，只要通過三種元素的離子半徑計(jì)算出的容忍因子在逡逑０．８？１．０之間，山此形成的鈣鈦礦晶體較為穩(wěn)定。容忍因子的計(jì)算公式為：逡逑Ｖ２（Ｒａ＋Ｒｘ）逡逑ｔ邋＝邐￣—邐（１）逡逑２（？Ｓ邋＋邋％）逡逑其中，Ｒａ，邋Ｒｂ，邋Ｒｘ分別為鈣鈦礦Ａ．邋Ｂ，Ｘ位元素的離子半徑，ｔ為容忍因子。逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑氣邋＾邐ｅ邋＆逡逑＼ｊ，，邐一Ａ邋‘邋ｗ邋、ｗ逡逑ａ邋＾邋Ｂ邋ｃ逡逑ｗ邋Ｘ邋ｃ邐＾逡逑」邋ａ邐－Ｊ邐？邋＃邋ｃ逡逑圖１．１邋（ａ）鈣鈦礦的立方型結(jié)構(gòu)；（ｂ）八面體視角下的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。逡逑從另一角度看，Ｂ元素與Ｘ元素形成八面體結(jié)構(gòu)，而Ａ元素則是占據(jù)了四個逡逑八面體共頂連接形成的空隙，如圖１．１（ｂ）所示。因此，也存在八面體因子：逡逑

逡逑�。戾錵a逡逑Ｉ邋‘邐ｋ逡逑（ｃ）邋々邋１邐？邋（ｄ＞邋邐逡逑七邐１，０＂邐？逡逑v紓у紊蒎濉

本文編號：2638157