基于钙钛矿量子点的稳定性及其电致发光二极管的研究

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由于吸收截面大,发射峰窄,颜色纯度高等优异的光学性能,量子点已经被认为是目前优秀的“发光材料”。最近几年,卤代铅钙钛矿太阳能电池的光电转换效率突破20%,而且一直在刷新纪录。结合了钙钛矿和量子点优势,卤代铅钙钛矿量子点已经逐渐受到国内外研究者的关注。可惜的是,由于离子型晶体的钙钛矿材料不管是块状结构,二维纳米片和纳米线或者零维的量子点上,稳定性能极差。晶体结构先天性的对极性溶剂和氧气敏感。这将会严重影响围绕钙钛矿量子点为核心的光电器件。本文从第三章到第五章探究如何提高钙钛矿量子点的稳定性,和其电致发光二极管的性能。第三章中,我们比较了乙腈(ACN)和甲苯这对溶剂和传统的室温合成钙钛矿纳米晶使用的二甲基亚砜(DMOS)和甲苯溶剂。我们发现,使用了乙腈和甲苯合成的钙钛矿量子点的能再长达数月中保持其稳定性和优异的光学性能。通过这种新的合成策略制备出了全光谱FAPbX3(X=Cl,Br,I,Cl和Br的比例混合或者Br和I的比例混合),并将荧光产率最高的88%的FAPbBr3纳米晶作为发光层制备了电致发光二极管。这种电致发光二极管的最高器件外量子效率为2.8%,最大荧光为403 cd/m2。第四章中我们也采用了结晶性较好,单分散好的热注入法来合成的FAPbBr3量子点。但是使用传统的室温液态状态的配体的配体(OA)油酸和油胺(OAM)制备的钙钛矿量子点原始溶液中,量子点表面的配体和自由配体容易发生动态的交换过程。这种动态的交换容易随着环境的变化而导致动态平衡移动,从而导致大量的量子点表面的配体脱落,最后团聚沉淀。针对这一现象,我们使采用了相对较高的熔点的配体十八胺(ODA)和硬脂酸(SA)作为配体,合成的后的钙钛矿量子点整体被凝固起来,阻止了量子点表面的配体与溶剂中自由配体动态交换过程。这种初始产物能够在随后几个月中依然保持晶体的稳定性和光学性能。这种采用高熔点配体合成结晶性高,单分散好的钙钛矿量子点的方法给储存钙钛矿量子点提供了一种全新的思路。同时我们使用提纯后的钙钛矿量子点制备了高性能的电致发光二极管。并且比较了PVK和TFB两种不同的空穴传输层分别在钙钛矿量子点电致发光二极管的性能。其中TFB作为空穴传输层的器件外量子器件效率为3.02%,发光强度为3124 cd/m2,PVK作为空穴传输层的器件的外量子效率为4.08%,发光强度为4752 cd/m2。这样的外量子效率和发光强度超过了大多数的文献报道。第五章中,我们发展一种采用强配位的有机膦(TBP)作为配体,来合成的含碘的钙钛矿量子点。我们以CsPbI3为研究对象,探究了TBP作为配体合成的TBP-CsPbI3量子点的溶液光学性质和稳定性,量子点薄膜的稳定性。数据证明了,使用强配位的有机磷做配体,含碘的钙钛矿纳米晶能够维持至少30天的稳定性能。并且分别比较了传统配体合成的钙钛矿量子点OAM-CsPb I3和TBP-CsPbI3作为发光层的PQLED的性能。TBP-CsPbI3量子点作为发光层的PQLED的外量子效率(2.000%)远远大于OAM-CsPbI3为发光层的PQLED(0.198%)。
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