【摘 要】
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金属卤化物钙钛矿作为一种新型半导体材料,由于其具有发光效率高、光谱可调、可溶液加工及成本低等优点而受到广泛关注,被认为是下一代显示和固态照明的理想候选材料。基于多量子阱结构(MQWs)的准二维钙钛矿材料可以有效地将激子限制在阱内,有利于辐射复合发光,因此在钙钛矿发光二极管(Pe LEDs)中得到了广泛应用。然而,准二维钙钛矿薄膜的晶粒尺寸较小、晶界多,存在大量晶界缺陷;且基于溶液法制备的钙钛矿薄膜
【基金项目】
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国家自然科学基金项目,“柔性大面积长寿命量子点 LED 的设计、构造与性能研究”,项目编号:51675322;
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金属卤化物钙钛矿作为一种新型半导体材料,由于其具有发光效率高、光谱可调、可溶液加工及成本低等优点而受到广泛关注,被认为是下一代显示和固态照明的理想候选材料。基于多量子阱结构(MQWs)的准二维钙钛矿材料可以有效地将激子限制在阱内,有利于辐射复合发光,因此在钙钛矿发光二极管(Pe LEDs)中得到了广泛应用。然而,准二维钙钛矿薄膜的晶粒尺寸较小、晶界多,存在大量晶界缺陷;且基于溶液法制备的钙钛矿薄膜成膜性较差,不利于器件性能提高。此外,通常Pe LEDs中电子的注入能力比空穴更强,造成了载流子注入不平衡,进一步制约了器件性能。基于上述问题,本文将从以下几个方面开展课题:(1)从电荷注入平衡及界面钝化的角度出发,研究了界面修饰对准二维Pe LEDs性能的影响。本文采用一种双界面层策略,首先在空穴传输层(HTL)与发光层(EML)之间引入无机Cs2CO3界面层,降低了PEDOT:PSS的最高占据分子轨道(HOMO)能级,提高空穴注入能力;同时避免HTL与EML直接接触引起的荧光淬灭。其次,在发光层的另一侧利用TOAB作为钝化层进一步抑制钙钛矿表面缺陷。基于双界面层的器件外量子效率(EQE)由2.2%提高到17.0%,并且在2.5到21 V的较宽电压范围内仍能保持较高的EQE。(2)从钙钛矿薄膜结晶动力学角度出发,研究了添加剂对钙钛矿薄膜结晶过程及器件性能的影响。通过在前驱体中加入胍阳离子(GA+)与卤素离子形成氢键,降低结晶速率,钝化表面缺陷,从而改善钙钛矿的结晶性和发光效率。通过掠入射广角X射线散射(GIWAX)进一步分析了GA+调控薄膜中三维成分的取向排列。研究结果表明,GA+作为添加剂大幅提高了钙钛矿薄膜质量,减小器件漏电流。与参比器件8.8%的EQE相比,GA+掺杂器件的效率提高了56%。(3)在GA+掺杂钙钛矿器件的基础上,在HTL和EML间引入界面修饰层以进一步提高器件效率及稳定性。由于选用的HTL(PVK:TFB)疏水性较强导致钙钛矿在其上成膜不均匀,孔洞较多,故本文选用GABr修饰HTL,改善其浸润性以增加钙钛矿的成核位点,提高钙钛矿薄膜的质量。研究结果表明,GABr的引入不仅有助于形成高覆盖率、低孔洞的钙钛矿薄膜,而且降低了PVK:TFB的HOMO能级,有利于增强器件空穴注入能力。基于GA+掺杂以及GABr界面工程所制备的器件最大EQE为18.6%。
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