全溴钙钛矿发光二极管的制备及光电性能研究

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钙钛矿材料因其出色的光电特性成为近年来炙手可热的研究方向。基于该材料的发光二极管由于制备简便、发射波长可调等特点成为固态照明和显示等领域的有力竞争者。经过这几年的发展,虽然钙钛矿发光二极管(PeLED)的最大外量子效率(EQE)已经突破25%,但由于制备工艺、器件结构和材料稳定性等问题,其商业化应用仍面临一定的挑战。本论文基于全溴钙钛矿材料制备发光二极管,分别从ITO基片预处理工艺、发光层薄膜的制备工艺、电子传输层材料及其制备方法、添加剂材料四个方面进行优化。本文的主要研究内容如下:(1)利用等离子体处理和UV处理两种方法对ITO基片进行预处理,并对等离子体处理方法在氧气、氮气、氩气和空气四种工作气体下进行处理时间和处理压强的研究。在等离子体处理实验中发现,ITO基片的润湿性显著提高,透过率发生变化,方块电阻和载流子导电性没有发生明显变化。其中,等离子体处理压强越大,其对透过率的影响越小,但随着等离子体处理时间的增长影响会增大。四种工作气体中,氧气和空气工作氛围条件下等离子体处理对ITO基片透过率的影响最小,基片在400 nm到600 nm光谱范围内其透过率均大于80%。在UV处理实验中,ITO基片润湿性改善不明显。ITO基片预处理工艺的优化结果为:在5 min、70Pa氧气等离子体处理条件下,得到的整体效果最佳。(2)利用新型电子传输层对蓝光钙钛矿发光二极管性能进行优化。通过对全溴钙钛矿(Cs/Rb/PPA)PbBr3前驱体溶液浓度、退火时间和退火温度进行优化,最终利用0.05 M的前驱体溶液在80℃下退火20 min得到晶粒尺寸较小、分布均匀且致密性较高的钙钛矿薄膜。基于优化的钙钛矿薄膜,探究AET808和AET812作为电子传输层时器件的光电性能。实验表明,在同等条件下,基于AET808制备的器件EL光谱更稳定,但由于能级匹配度不够的原因其色纯度较低。最后,制备了三种不同厚度AET808作为电子传输层的器件,分析其光电性能发现,25nm的AET808作为电子传输层制备的器件具有更好的性能,其可以在486 nm处实现最大亮度1319 cd/m2,并且在不同正向电压下,器件的EL光谱形状没有明显改变。(3)利用全溶液法制备绿光钙钛矿发光二极管并对其性能进行优化。首先,利用溶液法制备Bphen电子传输层,并对其溶液浓度进行优化。实验结果表明,10 mg/ml的Bphen溶液制备的器件性能最稳定,亮度最大。在此基础上,向无机钙钛矿CsPbBr3引入添加剂PMMA溶液对发光层薄膜进行修饰,从而提升器件的光电性能。实验结果表明,当PMMA溶液添加含量为1%时,钙钛矿薄膜质量有明显改善,衍射峰强度增大且没有新的峰出现。基于该种方法,优化的绿光PeLED漏电流最小,且在516nm处器件的最大亮度提升了 31%。随着器件两端电压的增大,EL光谱发射峰没有明显移动,器件颜色稳定性较好。
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