论文部分内容阅读
近年来,全无机铅卤钙钛矿量子点CsPbX3（X=Cl,Br,I）PQDs由于其制备方法简单、吸收截面大、荧光量子效率（PLQY）高、发射谱线窄、可调谐荧光发射波长等优异的光学性能,在太阳能电池、发光二极管以及激光等光电器件中展现出了极大的应用前景。然而,尽管近些年对于铅卤PQDs的研究得到了蓬勃的发展,但是这种材料也仍然存在着一些问题亟待解决。首先,由于铅卤钙钛矿材料的离子特性,不同卤素成分之间存在着严重的阴离子交换反应,因此很难在这种材料中实现白光发射;其次,相对于PLQY高于90%的绿光和红光来说,蓝紫光的CsPbCl3PQDs以及CsPb（Cl/Br）3PQDs的PLQY依旧很低。除此之外,尽管这种铅卤PQDs有望成为新一代的显示应用材料,但目前为止,基于PQDs的发光二极管（PQD-LEDs）的EQE远低于OLED以及Ⅲ-Ⅴ族量子点LED,对于如何提升PQD-LEDs的性能,也是目前大家所关注的问题。最后,由于含有毒性的铅元素的存在,铅卤PQDs的应用也受到了很大的限制。因此,针对以上问题,本文围绕着如何在钙钛矿量子点中实现白光发射,以及如何提高基于全无机PQDs的器件效率展开研究,具体工作内容如下:（1）我们首次利用热注入法制备了双离子Bi3+/Mn2+共掺杂CsPbCl3PQDs。得益于CsPbCl3PQDs与Bi3+和Mn2+离子之间有效的能量传递,通过调节掺杂离子浓度,共掺杂的量子点在365 nm紫外激发下产生了色温（CCT）从19000 K到4250 K的可调发射。最后,利用CsPbCl3PQDs的激子跃迁与Bi3+和Mn2+离子的本征发射之间的协同作用,在Bi3+/Mn2+离子共掺杂CsPbCl3PQDs中形成了白光发射,所对应的CIE色坐标为（0.33,0.29）。（2）利用PQDs的量子尺寸效应,在不同温度下合成了不同尺寸的CsPbBr3PQDs,通过带隙工程方法得到了量子效率为72%的蓝光发射CsPbBr3PQDs。此外,利用低温合成技术构建了单分散的PQDs@SiO2复合材料。这使得量子点的性能即使在潮湿环境下也能保持良好。最后,制备的PQDs@SiO2复合材料作为防伪PQD油墨一种印刷技术,所获得的图案在紫外灯照射下会发出不同的颜色的光。除此之外,所制备的复合材料与365 nm紫外芯片结合,得到了色坐标为（0.33,0.38）和流明效率为32.5 lm W-1的白光发光器件（WLED）,展示了它们在固态照明应用中的潜力。（3）通过控制合成温度,制备的0D无铅化的K3SbCl6钙钛矿纳米晶（PNCs）,且呈现出以440 nm为中心的蓝色发射,最高的PLQY为22.3%。进一步将Mn2+离子掺杂到0D无铅K3SbCl6PNCs,导致附加红光发射归因于本征Mn2+离子的跃迁（4T1-6A1）。通过控制Mn2+离子掺杂浓度,实现了PLQY为37.2%的白光发射。最后,分别将Mn2+-K3SbCl6PNCs与商用365 nm紫外光芯片相结合制备了CIE分别为（0.29,0.28）,（0.32,0.30）和（0.35,0.30）的WLED。制备的WLED的CCT从8173 K调制到4779 K,显色指数（CRI）超过80。这些结果为0D无铅化PNCs在照明和激光领域的应用提供了契机。（4）以氯化苯乙铵（PEACl）修饰的CsPb（Cl/Br）3PQDs为基础,我们制备了高性能蓝光PQD-LED。首先,在常规的热注射合成过程中引入一定量的PEACl的乙醇溶液,合成了PEA-CsPbCl3PQDs。我们的合成的优点在于不仅使CsPbCl3PQDs的Cl空位通过引入前体得到了有效的修饰,而且覆盖在CsPbCl3PQDs表面的部分长链有机配体（OLA）也同时被较短的PEACl取代。因此,获得了波长为410 nm、PLQY为62.3%的PEA-CsPbCl3PQDs。此外,为了满足显示应用的要求,我们在室温下用Br-交换Cl-,精确地控制了460-470 nm的蓝光发射,其中470 nm处的最大PLQY为82.4%。最后,制备了基于PEA-CsPb（Cl/Br）3PQDs的发光二极管（PQD-LED）,发射中心波长分别为462,465,468和470 nm。所得到的PQD-LED最大EQE为2.15%,亮度为620 cd/m2,在满足实际显示应用的蓝光PQD-LED提供了最高的亮度值。（5）我们报道了一种利用金纳米球（Au NSs）的局域表面等离子体共振（LSPR）效应来提高PQD-LED性能的方法。它是通过将Au NS层引入到Ca2+-CsPbBr3PQD-LEDs的电子传输层中来完成的,其中Au NSs的直径和Au NSs的间距以及Ca2+-CsPbBr3PQDs和Au NSs层之间的相互作用距离已经根据时域有限差分（FDTD）的初步理论模拟而被精确调制。此外,钙钛矿发光层的光致发光性能也通过钙离子的钝化得到提高。基于上述协同效应,Ca2+-CsPbBr3PQDs层在515 nm处的PLQY从31.5%显著提高到73.3%。此外,还研究了钙钛矿型NC-LEDs的载流子输运过程,结果表明,在电子输运层中引入Au NSs层可以显著改善器件的载流子注射平衡。基于以上的协同作用,绿色PQD-LEDs的亮度从16824 cd/m2提高到63931 cd/m2,EQE从4.2%提高到10.5%。亮度提升了3.8倍,EQE提升了2.5倍。这是目前基于LSPR效应的PQD-LEDs中提升效果最佳值。