全无机钙钛矿CsPbBr3纳米晶的制备及光学性能研究

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近年来,钙钛矿发光材料由于其超高的色纯度、发光颜色可调、高的光致发光量子效率(PLQY)和在室温下简单的溶液可加工性而备受关注,被誉为下一代显示技术的半导体材料。与有机-无机钙钛矿材料相比,全无机钙钛矿纳米晶体材料显示出更优异的稳定性,有望在发光二极管(LED)和背光源显示器中得到广泛应用。过去几年中,尽管全无机钙钛矿纳米晶的制备和应用取得了较大的进步,但仍然存在一些极具挑战性的问题亟待解决,如量子点(QD)薄膜的低PLQY及低稳定性,蓝光LED的低外量子效率(EQE)等问题。本论文针对全无机钙钛矿薄膜PLQY低和稳定性差的问题,提出了通过引入离子液体原位制备具备高PLQY和稳定性的绿光CsPbBr3 QD薄膜的方法,并进一步研究了其发光机理。此外,我们通过对油酸金属前驱体进行老化处理并采用三源室温过饱和重结晶(TSLARP)方法成功合成了具备高PLQY和稳定性的蓝光CsPbBr3纳米片(NPL)溶液。主要研究内容和结果如下:(1)通过直接旋涂掺杂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)离子液体的CsPbBr3前驱体溶液,原位沉积制备了PLQY超过85%的全无机CsPbBr3 QD薄膜。通过机理研究表明BMIMBF4离子液体不仅可以利用自身的空间位阻效应诱导具备不同晶粒尺寸的CsPbBr3 QD薄膜的形成,同时可以通过与量子点表面未配位的金属原子相互作用来抑制缺陷相关的非辐射复合,从而提高其PLQY和稳定性。此外,我们揭示了室温下BMIMBF4诱导的QD薄膜的发光机制,即有效的自由激子发光占主导,而束缚激子在热干扰下发生去俘获现象并再次形成自由激子从而弥补了自由激子的损耗。(2)通过对油酸金属前驱体进行不同时间的老化处理并采用TSLARP法成功合成了PLQY趋于100%且具有高稳定性的CsPbBr3 NPL溶液。通过探究不同老化条件,我们发现CsPbBr3 NPL溶液的PLQY的显著提高是由于老化过程中甲苯中的油酸铅前驱体的溶液化学状态发生变化所致。而在老化过程中,氧气和水分子对该体系并没有显著的影响,且NPLs生长过程主要受油酸铅前驱体化学状态所控制。此外,我们提出并验证了关于甲苯中老化的油酸铅前驱体从分离的油酸铅分子转变为油酸铅团簇的模型以解释油酸铅前驱体的老化效应。
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