【摘 要】
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金属卤化物钙钛矿是近年来兴起的新型光电材料,由于其具有荧光量子产率高、发光光谱窄、带隙可调谐、原材料成本低和可溶液加工等众多优点,在发光应用领域的研究备受关注。但钙钛矿的离子型结构使其易受到环境中水、氧气等因素的影响而发生衰变分解,严重影响其光电性能及商业化应用前景。本论文致力于用具有良好透光性、耐热性和可塑性的聚碳酸酯(PC)与钙钛矿发光材料复合,通过原位法直接在PC薄膜中生长钙钛矿晶体,以及通
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金属卤化物钙钛矿是近年来兴起的新型光电材料,由于其具有荧光量子产率高、发光光谱窄、带隙可调谐、原材料成本低和可溶液加工等众多优点,在发光应用领域的研究备受关注。但钙钛矿的离子型结构使其易受到环境中水、氧气等因素的影响而发生衰变分解,严重影响其光电性能及商业化应用前景。本论文致力于用具有良好透光性、耐热性和可塑性的聚碳酸酯(PC)与钙钛矿发光材料复合,通过原位法直接在PC薄膜中生长钙钛矿晶体,以及通过PC与钙钛矿纳米晶混合后溶液加工成膜,利用PC对钙钛矿的包裹和钝化作用,制备具有优异光致发光性能和稳定性的钙钛矿-聚合物复合薄膜。具体开展的研究工作包括:(1)采用溶剂诱导的溶胀-消溶胀策略在PC薄膜中原位生长钙钛矿晶体,通过在PC薄膜上依次旋涂钙钛矿前驱体溶液和反溶剂,使PC高分子链在溶剂诱导作用下发生溶胀,进而使钙钛矿前驱体渗透到聚合物薄膜内部实现复合。基于全无机CsPbBr3钙钛矿,通过优化前驱体组分、溶液浓度、反溶剂的滴加时间等,制备出荧光量子产率(PLQY)为33%的CsPbBr3-PC绿光复合薄膜。在CsPbBr3前驱液中分别引入80%的PEABr和20%的Na Br后,复合薄膜的PLQY分别提高到了69%和92%。研究发现,在CsPbBr3中引入PEABr和Na Br后,复合薄膜的非辐射复合速率常数和缺陷态密度由5.23×10~7 s-1和4.42×1016 cm-3分别降至0.76×10~7 s-1和1.57×1016 cm-3、0.23×10~7 s-1和1.88×1016 cm-3,表明CsPbBr3钙钛矿的表面缺陷得到了有效钝化。同时发现,Na Br的引入可以提高钙钛矿的激子束缚能,因此能进一步提高复合薄膜的发光效率。此外,我们还通过调节钙钛矿中的卤素离子组分对复合薄膜的发光光谱进行了调节,制备出PLQY高达94%的红光钙钛矿-PC复合薄膜。得益于PC对钙钛矿的保护作用,这种原位法制备的钙钛矿-PC复合薄膜,暴露在空气中和直接浸泡在水中15天,荧光强度仍然可以维持在初始值的90%以上,展现出非常好的稳定性,为实际应用提供了良好基础。(2)采用多配体辅助再沉淀的方法合成出了绿光CsPbBr3钙钛矿纳米晶,其晶粒尺寸约为10nm,发光峰为513nm,FWHM约为15nm,溶液的PLQY为86.4%,同时利用卤素混合的方法合成了发光峰为461nm的蓝光Cs Pb(Br/Cl)3钙钛矿纳米晶。通过混合钙钛矿纳米晶和PC溶液,采用旋涂和浇注成膜的方式制备出了钙钛矿纳米晶-PC复合薄膜。研究发现,这种复合薄膜的发光性能受成膜方式的影响非常大,而且钙钛矿纳米晶容易发生聚集淬灭。采用浇注成膜的方式,通过调节钙钛矿纳米晶在PC薄膜中的含量,制备出了PLQY为66.1%的CsPbBr3纳米晶-PC绿光复合薄膜。这种先合成钙钛矿纳米晶再与聚合物复合的方法,可以保持钙钛矿纳米晶的良好发光特性,提高钙钛矿在复合薄膜中的分散性,有望实现更高效和更稳定的钙钛矿-聚合物复合荧光薄膜,在发光应用领域具有非常大的潜力。
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