全无机钙钛矿量子点制备及其发光二极管应用研究

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近年来,随着能源问题越来越受到人们的重视,发光二极管(Light emitting diode)作为一种广泛应用于固态照明和显示的器件在光电子器件领域以其稳定、颜色可调谐和低能耗等特性得到了极大的关注。目前,最有前景的固态光源是荧光粉转换的LED器件,通过蓝紫光发射源去激发不同发射波长的荧光粉能够制备出发光波长可调的照明器件,改变蓝紫光发射源和荧光粉的比例,还能够调控出白色发光器件。全无机钙钛矿量子点(PeQDs)是一种具有极佳发光性能的纳米荧光材料,可以作为荧光转换材料,实现各种发射波长LED器件的构建。本文首先分别采用水热法和气相传输法在GaN上生长了ZnO纳米片,然后将热注射法制备的全无机钙钛矿量子点(PeQDs)作为荧光转换材料旋涂到p-GaN/n-ZnO异质结上,分别制备了两种p-GaN/n-ZnO/CsPbBr3 QDs异质结发光二极管;进一步地,在商用蓝光芯片上分别旋涂绿色发光CsPbBr3-PMAO和红色发光CsPbBr1I2-PMAO材料,构建出了白色发光的LED器件。借助透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、紫外吸收光谱(UV-Vis)以及电致发光光谱(EL)等多种表征手段对量子点形貌、结构、荧光特性及LED器件的发光性能进行了分析。获得如下主要结论:(1)控制生长时间、反应温度等参数,通过水热法能够生长出结晶性能较好的ZnO纳米墙结构;热注射法合成的全无机钙钛矿CsPbBr3 QDs,有很好的荧光性能,分散在非极性溶剂中具有良好的荧光稳定性。制备出的p-GaN/n-ZnO/CsPbBr3 QDs异质结发光二极管表现出双波段发射特性。(2)气相传输法能够成功地生长出垂直于GaN排列的ZnO纳米片,具有很大的比表面积以及很好的光波导和光散射特性;旋涂CsPbBr3 QDs后制备出的双波段发射异质结LED展现出了很好的发光特性,开启电压大约为2.8 V,展现出了很好的操作可行性及实用价值。ZnO/GaN异质结发光二极管发射的蓝光由以377 nm、398 nm和423 nm为中心的三个不同的子带组成,而CsPbBr3 QDs由ZnO/GaN异质结发光激发产生本征激子复合所产生的绿光。(3)对PeQDs进行了包裹以提高其稳定性,合成了绿色发光的CsPbBr3-PMAO和红色发光的CsPbBr1I2-PMAO,包裹量子点的荧光性能优异,空气中的稳定性得到了增强;构建的三基色白光LED发出了明亮的白光,色坐标为(0.314,0.291),电致发光性能良好。
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