基于准二维钙钛矿成相分布调控的蓝光发光二极管研究

作     者：庞培元 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马东阁;陈江山

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0803[工学-光学工程] 

主      题：钙钛矿发光二极管 准二维钙钛矿 成相分布 天蓝 深蓝 

摘      要：近年来,金属卤化物钙钛矿材料以其色纯度高、载流子迁移率高、带隙可调以及可溶液加工等特性,在电致发光领域受到了人们的广泛关注,高效钙钛矿发光二极管的研制取得了很大进展。目前绿光、红光和近红外钙钛矿发光二极管的外量子效率(External quantum efficiencies,EQEs)均已突破20%,而蓝光钙钛矿发光二极管作为显示和照明不可或缺的重要组成部分,其发展仍然比较落后。本论文主要致力于通过调节准二维钙钛矿成相分布的方式,来调控准二维钙钛矿的发光光色和辐射效率,并制作了蓝光钙钛矿发光二极管来研究成相分布对器件性能的影响,主要研究工作包含以下两个部分:(1)通过向含Cl/Br混合卤素的准二维钙钛矿中加入钠离子,实现了对准二维钙钛矿中低维相分布的调控,制备出EQE突破10%的高效率天蓝光准二维钙钛矿发光二极管。研究发现,离子半径更小的钠离子可以取代部分大基团有机阳离子,减少准二维钙钛矿中具有强激子-声子耦合作用的非辐射二维相(即n=1相)的形成,并促进其它具有较高激子结合能的低维相的形成,使得激子能够有效地进行能量传递和辐射发光,提高准二维钙钛矿的辐射效率,由此制备的天蓝光准二维钙钛矿发光二极管在488nm处具有稳定的电致发光峰,最大外量子效率达到了11.7%。另外,我们适当增加钙钛矿中的Pb含量,减少了钙钛矿晶粒的团聚以及零维钙钛矿的含量,改善了钙钛矿薄膜的形貌,并进一步优化了成相分布,使准二维钙钛矿发光二极管的重现性得到了改善,多批次器件的最大EQE的平均值达到9.6%,器件寿命也提升了1.7倍。这种利用钠离子对准二维钙钛矿进行成相分布调控的方法为制备高性能蓝光钙钛矿发光二极管提供了一种可行的思路。(2)利用双胺基团与钠离子的协同作用,对准二维钙钛矿的多相结构进行了调控,减少了非辐射二维相的形成,并增大了高n值相的禁带宽度,使准二维钙钛矿发射深蓝光,并制备出光谱稳定的深蓝光钙钛矿发光二极管。首先在混合卤素的准二维钙钛矿中引入乙二胺盐酸盐EDADCl,使准二维钙钛矿中的高n值相形成了hollow结构,增加了高n值相的带隙宽度,获得了以宽带隙多维相为主的深蓝光钙钛矿结构。然后加入适量的Na Br,在抑制n=1的二维相的同时,与EDADCl协同作用使准二维钙钛矿中的高n值相的hollow进一步增大,造成高n值相的带隙宽度进一步增大,从而导致光谱进一步蓝移。基于EDADCl和Na Br协同作用构筑的钙钛矿发光二极管,发射波长为461 nm,最大EQE为0.67%。