铯卤化铅钙钛矿量子点稳定性和电致发光二极管的研究

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铯卤化铅钙钛矿量子点(CsPbX3,X=Cl,Br,I)因具有宽的发光色域、高的荧光量子效率(photoluminescence quantum yield,PL QY)、窄的荧光光谱线宽、高的载流子迁移率和良好的力学性能等优点,使其在刚性和柔性显示和照明领域具有较好的应用前景。但较差的水氧稳定性阻碍了钙钛矿量子点的商业化,并且钙钛矿层有限的柔韧性限制了其在柔性光电器件方面的应用。而目前关于通过优化钙钛矿材料同时提高其光电器件的光电性能和柔韧性的报道较少。本文研究主要以增强CsPbI3量子点材料的发光性能、稳定性及相应电致发光二极管(light-emitting diode,LED)的光电性能和柔韧性为目标。在铯卤化铅钙钛矿量子点溶液中加入低成本且环保的生物质材料-乙基纤维素(ethyl cellulose,EC),对钙钛矿量子点的表面缺陷进行了钝化,并取得较理想的研究成果。(1)我们采用热注入法合成CsPb I3钙钛矿量子点,在离心后的量子点溶液中加入不同浓度的EC甲苯溶液。通过对比加入EC前后材料的光致发光(photoluminescence,PL)光谱强度,确定了EC对CsPbI3钝化的最优浓度。在最优浓度处理下,CsPbI3材料的PL QY从63%上升到87%。为了探究EC对钙钛矿稳定性的影响,监测了处理前后的CsPbI3钙钛矿量子点的PL光谱和X射线衍射图谱(XRD)随时间变化的情况。EC处理后的CsPbI3钙钛矿量子点薄膜,放置在空气湿度为45%的环境中,仍维持35天的相稳定性。而钙钛矿量子点发光性能和稳定性的提高归因于EC对其表面未成键的Pb2+缺陷的钝化。(2)我们基于EC钝化后的CsPbI3钙钛矿量子点分别制备了刚性和柔性LED,采用glass/ITO/Zn O/PEI/CsPbI3/TCTA/Mo O3/Ag的器件结构探究了EC对刚性LED器件光电性能的影响,采用NOA63/Ag/ZnO/PEI/CsPbI3/TCTA/Mo O3/Au的器件结构探究了EC对柔性LED器件光电性能和柔韧性的影响。结果显示,EC钝化了钙钛矿量子点表面的缺陷,从而减少了钙钛矿层的非辐射复合,使相应的LED实现了高效且平衡的电荷传输与复合。此外,EC的加入提高了钙钛矿层的抗变形能力,实现了高柔性的LED。最终,刚性LED获得了9.6%的外量子效率(external quantum efficiency,EQE)和1049 cd/m~2的最大亮度,而柔性LED获得了8.5%的EQE和821 cd/m~2的最大亮度,且在3mm曲率半径下弯曲1000次后,亮度仍保持为初始值的73%。
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