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钙钛矿电致发光器件的薄膜优化研究

张一帆  
【摘要】:电致发光器件作为全固态显示器件,其具有图形显示质量高,受温度变化影响小,低功耗,薄型以及质轻等优点,而成为研究者近年来研究的重点。进入21世纪以来,伴随着人们对显示和照明应用的需求,提升电致发光器件的各项性能已成为满足其未来应用的关键。而其中,对新材料的研究和开发就成为提升电致发光器件的显示性能的研究重点。到目前为止,研究者研究和开发出了许多优良的电致发光材料,这其中包括无机电致发光材料(掺杂稀土元素或过渡元素(作为活化剂)的Ⅱ-Ⅵ族半导体),有机电致发光材料(小分子材料和聚合物材料)以及有机无机杂化电致发光材料(钙钛矿以及量子点)等。钙钛矿能够在分子水平上将无机材料和有机材料有机的结合起来,因此,其既具有高的载流子迁移率等无机半导体的优点,又具有能够全溶液处理等有机半导体的优点。同时,在结合过程中,有机无机杂化电致发光材料能在一定程度上对材料进行设计和剪裁,从而对材料的性能进行调节。钙钛矿能够通过对自身卤素原子种类以及比例的调整来改变其禁带宽度从而实现全可见光的调节。同时,窄的光致发光谱以及高的光致发光量子产率表明钙钛矿具有优秀的光致发光性质。这预示着钙钛矿在电致发光器件中的应用具有很大的潜力。但是钙钛矿的成膜性较差,这限制了其在电致发光器件中的应用。本文我们在一步法的基础上进行改进,成功制备了大晶粒、高结晶度的CH3NH3Pb Br3钙钛矿薄膜并提升了钙钛矿对衬底的覆盖率。同时,我们采用改善的钙钛矿薄膜作为发光层,成功的提高了钙钛矿电致发光器件的性能。我们采用预沉积一层DMF的生长方式,在不改变前体溶液浓度的情况下增加溶剂的量,使钙钛矿能在一个较长时间的湿润环境下生长,最终制备了大晶粒、高结晶度,低缺陷的CH3NH3Pb Br3钙钛矿薄膜。通过扫描电镜照片可以证明,相比于直接旋涂前体溶液制备的钙钛矿薄膜,预沉积一层DMF制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸以及覆盖率均有明显提高。通过薄膜的X射线衍射图可以看到,预沉积一层DMF制备的钙钛矿也具有强的衍射峰。同时,所制备的钙钛矿薄膜的光致发光性质也得到了一定的提高,光致发光峰半峰宽仅为31nm,薄膜的光致发光寿命从1.05ns延长到2.50ns,激子具有较长的寿命。之后我们利用改进的钙钛矿薄膜作为发光层,制备了钙钛矿电致发光器件。相比于采用直接旋涂前体溶液制备的钙钛矿薄膜作为发光层的器件,器件的性能得到明显的提升。采用预沉积一层DMF制备的钙钛矿作为发光层的器件最大亮度为2088cd/m2,外量子效率最大为0.728%。而对照器件的最大亮度为340.6cd/m2,外量子效率最大为0.405%。器件具有很好的色纯度,半峰宽仅为20nm,器件的发光非常均匀。同时,改善的钙钛矿薄膜对器件的稳定性也有了一定的提高。


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