论文部分内容阅读
因具备色纯度高、发光波长可调和量子产率高等卓越的光学特性,金属卤化物钙钛矿材料引起了人们的关注,其在太阳能电池、光电探测器和发光器件等领域都有着广泛的应用。其中,基于钙钛矿发光层的电致发光二极管（perovskite light emitting diodes,Pe LEDs）更是打开了行业的新大门,被业界认为是一种具有巨大应用潜力的照明与显示技术。2014年,Friend等人在室温下制备了第一个外量子效率达到0.1%的钙钛矿发光二极管,截止到目前,Pe LEDs在效率方面有着飞速的发展,绿光和近红外钙钛矿发光二极管的外量子效率已经超过20%,满足了商业化应用需求,蓝光钙钛矿器件的外量子效率也已经达到18%,正向更高效率迈进。虽然Pe LEDs在效率方面已经取得了卓越的进展,但是,它们短的工作寿命和较差的可重复性仍然是商业化道路上的主要挑战。因此,提高Pe LEDs的稳定性和可重复性成为现阶段需要迫切解决的问题。在本论文中,我们提出一种制备高质量钙钛矿薄膜的方法,基于此方法制备的钙钛矿发光二极管具有良好的稳定性和可重复性。除此之外,我们探究了Pe LEDs亚带隙开启的发光机理和载流子动力学过程。本文主要内容如下:1.将Cd Se/Zn S量子点（Cd-QDs）引入到反溶剂甲苯中,采用一步法原位制备FAPb Br3钙钛矿薄膜。由于Cd-QDs甲苯溶液在N,N-二甲基甲酰胺（DMF,钙钛矿前驱体的溶剂）中极低的溶解度,所以在钙钛矿成膜过程中,Cd-QDs会先析出,在钙钛矿层上方自组装形成一单层量子点膜层,作为模板更好地诱导钙钛矿晶体生长。通过对钙钛矿薄膜进行X射线衍射图谱、扫描电子显微镜、紫外吸收和光致发光光谱等测试表征,发现与反溶剂为甲苯的钙钛矿薄膜相比,利用Cd-QDs辅助制备的钙钛矿薄膜表面更加光滑致密,结晶度明显提高,晶粒尺寸更大,粒径分布更为均匀。除此之外,钙钛矿薄膜的量子产率从65%±26%提高到89%±7%,可重复性得到明显改善;2.将Cd-QDs辅助制备的钙钛矿薄膜作为发光层应用于发光器件中,制备了高效率、高稳定性的Pe LED,其器件结构为ITO/poly(3,4-ethylenedioxythiophene:poly（styrenesulfonate）（PEDOT:PSS）/perovskite film/4,6-Bis（3,5-di（pyridin-3-yl）phenyl）-2-methylpyrimidine（B3Py MPM）/Li F/Al。与反溶剂为甲苯的钙钛矿器件相比,Cd-QDs辅助制备的Pe LED亮度和效率分别从6807cd/m2和10.6 cd/A提升到86670 cd/m2和31.0 cd/A。在1021 cd/m2初始亮度下,器件寿命超过83 min。通过电场模拟和瞬态电致发光光谱测量,我们证实了器件稳定性提高的原因在于钙钛矿薄膜质量的提高和Cd-QDs层的引入在钙钛矿和电子传输层之间起到界面修饰的作用,同时重构了器件内部电场,减小了钙钛矿层电场强度,抑制了钙钛矿层中的离子迁移现象,最终提高了器件稳定性;3.探究了Cd-QDs辅助制备Pe LED亚带隙开启的发光机理。通过改变电子和空穴传输层材料,清楚地证明了利用Cd-QDs辅助技术制备的Pe LED可以实现亚带隙发光。该发光开启既不依赖于载流子注入数量,也不依赖于电荷传输层的能级排列,而主要来源于非热平衡带边载流子的辐射复合。随后,我们制备了电子注入受限的器件（ITO/PEDOT:PSS/perovskite film/Mo O3/Al）,通过测试不同波长光激发条件下器件的电致发光特性,证明了在钙钛矿和电子传输层界面之间的Cd-QDs层对钙钛矿层中载流子有良好限制作用,并通过库伦相互作用,有效降低了电子注入势垒,促进电子的注入,从而实现器件亚带隙开启;4.分析了电子传输层对Cd-QDs辅助制备的Pe LED载流子动力学过程的影响。选用具有不同电子迁移率的2,4,6-tris（3′-（pyridin-3-yl）biphenyl-3-yl）-1,3,5-triazine（Tm PPPy Tz）和B3Py MPM作为电子传输层,对两种电子传输层下的钙钛矿器件性能差异进行了深入的分析和探讨,发现具有高电子迁移率的Tm PPPy Tz作电子传输层,器件内部电荷更为平衡,效率更高。利用瞬态电流测试系统,证明了电场驱动下,钙钛矿器件中会出现离子迁移现象,迁移的离子降低了钙钛矿层的空穴注入势垒,促进了空穴的注入。随后,我们通过测试瞬态电致发光光谱并结合离子迁移过程给出了不同电子传输层下钙钛矿器件的载流子动力学过程。通过测试单载流子器件的瞬态电流,确定了电场驱动下钙钛矿层中迁移离子为卤素阴离子。