基于准二维钙钛矿的蓝光发光二极管研究

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金属卤化物钙钛矿因其高荧光量子产率、窄发光光谱、带隙易调、高载流子迁移率、低成本等优点,在大尺寸LED显示中表现出较强的应用潜力。全彩显示需要红、绿、蓝光同时达到使用要求,近年来绿、红、近红外金属卤化物钙钛矿发光二极管(Pe LED)的EQE已经超过20%,但是蓝光的效率依旧很低,因此蓝光Pe LED是制约钙钛矿材料应用于全彩显示的桎梏。另外,金属卤化物钙钛矿固有的不稳定性以及Pe LED工作的不稳定性也阻碍了Pe LED的商业化进程,其不稳定主要来源于光照、大气中的水和氧气以及环境热量。钙钛矿主要分为三维、准二维/二维和纳米晶三种结构,其中准二维/二维钙钛矿激子束缚能高,同时也保留了三维钙钛矿的高电导率等特点,有利于获得高效率蓝光PeLED。全彩显示的蓝光色度要求为深蓝光,但满足此类色度的Pe LED效率依然很低,目前深蓝光Pe LED报道的效率还落后于天蓝光和其他蓝光。面对以上亟待解决的问题,本文以蓝光准二维/二维钙钛矿为方向,提出以下主要研究内容:我们引入了一种缺陷钝化剂/水牺牲剂——马来酸酐(MAH)来同时提高蓝光Pe LED的效率和在空气环境中的稳定性。MAH可以钝化缺陷,吸收渗透进钙钛矿中的水分子,提高Pe LED的抗湿性。它的水解产物马来酸(MA)通过羧基和未配位的铅离子相互作用也可以充当钙钛矿的缺陷钝化剂。在MAH的修饰作用下,准二维钙钛矿晶体形貌不仅不会被破坏,而且薄膜质量还可以得到提高。因此,与未修饰的Pe LED相比,MAH修饰的Pe LED最大外量子效率(EQEmax)从4.0%提高到约5.2%,同时工作稳定性也得到不错的提升。本部分工作对应第二章。界面掺杂也是提升蓝光PeLED性能的一种有效手段。我们在PEDOT:PSS作为的空穴传输层(HTL)中掺杂KPF6,利用K+和PF6—中的F—等离子与钙钛矿的相互作用,改变基底浸润性与特性,从而调控钙钛矿结晶过程,减少钙钛矿中的缺陷,改善钙钛矿形貌。最终,我们发现在掺杂后的基底上,钙钛矿中的n=2相增加,而高阶相减少,Pe LED的EL光谱发生蓝移。并且钙钛矿在新的基底上成膜的时候覆盖性更好,其微观形貌中的针孔数量减少,Pe LED的漏电流减小,发光效率也得到提高。结果,以KPF6掺杂的PEDOT:PSS为基底的Pe LED的EQEmax可达2.26%,实现了466 nm深蓝光发光,对应色坐标(0.13,0.06),满足全彩显示应用的深蓝光标准(0.14,0.08)。本部分工作对应第三章。
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