双添加剂协同增强绿光钙钛矿发光二极管性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:elfer_hfut
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准二维(Q-2D)钙钛矿以其独特的优势,如大的激子结合能、高的光致发光量子效率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)且相对稳定等优势引起了广泛关注。近年来,Q-2D钙钛矿发光二极管(Perovskite Light-emitting Diodes,PeLEDs)获得了飞速发展,而钙钛矿薄膜的质量一直是制约其光学性质及器件性能提升的重要因素。本文从制备高质量的钙钛矿薄膜发光层作为切入点,探索通过简单、可控以及重复性良好的方法制备高质量的钙钛矿薄膜,以此实现高效且稳定的PeLEDs。论文的主要研究内容如下:(1)基于PPA2(FAPbBr3)n-1PbBr4(其中n=3)Q-2D钙钛矿材料,本文首先通过一步旋涂法制备了不同前驱体浓度(1 wt%-9 wt%)的钙钛矿薄膜,通过测试表征发现,前驱体溶液的浓度对薄膜形貌影响极大。结果表明,在前驱体浓度为6 wt%时,能够获得表面覆盖率较高的薄膜且制备的PeLEDs性能较好。然后,调节Q-2D钙钛矿前驱液中PPABr、FABr、PbBr2三个组分的摩尔比。通过一系列的测试表征方法研究了其对薄膜表面形貌、钙钛矿晶体结构和薄膜光学性质的影响。结果表明,前驱液中PPABr、FABr、PbBr2摩尔比为2:2.5:3时,获得的薄膜最为平整致密,基于此制备了最高亮度为5825 cd m-2、最大电流效率为6.81 cd A-1的绿光PeLEDs,远优于前驱体浓度和组分比例调节优化前的器件性能。(2)在最优浓度和组分比例的钙钛矿前驱液中引入聚环氧乙烷(Polyethylene Oxide,PEO)钝化针孔等表面缺陷。研究发现,当添加PEO的体积比为45%时,相应薄膜的PLQY从46%(无添加剂处理)大幅提升至65%,薄膜平均荧光寿命从47.13 ns显著提升至89.80 ns。然后,我们在PEO最优调节的基础上,进一步在钙钛矿前驱液中引入三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Trihydroxymethylpropane Triacrylate,TMPTA)。研究表明,TMPTA中的C=O官能团能与Q-2D钙钛矿薄膜中的未配位Pb2+缺陷发生相互作用,从而钝化Pb2+缺陷。在引入双添加剂0.1%TMPTA-45%PEO(体积比)时,薄膜的PLQY和平均荧光寿命均分别显著提升至88%和252.15 ns,分别是双添加剂处理前的1.9倍和5.4倍。最后,基于双添加剂协同钝化处理的Q-2D钙钛矿薄膜,制备出了较为高效稳定的绿光PeLEDs,器件电流效率从6.81 cd A-1(无添加剂处理)大幅提升至45.30 cd A-1,增加了将近6倍,最大亮度从5825 cd m-2显著提升至19757 cd m-2,提升了一个数量级。同时器件寿命(在初始亮度100 cd m-2下)从1.48 h增加到10.32 h,工作寿命得到显著提高。上述工作为制备高效稳定的PeLEDs奠定了良好基础。
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