白光LED用环保节能型钙钛矿量子点玻璃的制备及光学性质研究

【摘要】：白色发光二极管由于具有环境保护,寿命长,效率高等优点而被广泛的关注,其中全无机钙钛矿CsPbX_3(X=Cl,Br,I)纳米晶体,因其具有全光谱、窄发射带、高量子产率,颜色可调,成本低廉等优异的光学性质在各种光电设备领域展示了极好的光学性能和巨大的应用潜力。然而,在实际应用当中,传统的热注入法制备的CsPbX_3(X=Cl,Br,I)纳米晶体的胶体性质极其不稳定,很难做到长期稳定的存在于空气中,只能存在于一些非极性溶液中,比如丙酮等,并且由于阴离子交换,也很难实现白光和多光发射。因此,如何提高CsPbX_3(X=Cl,Br,I)纳米晶体的稳定性,降低阴离子交换成为当下研究热点。本文采用了传统的热熔融法和整体析晶法制备了一系列发光可调的,稳定的CsPbX_3(X=Cl,Br,I)纳米晶体玻璃材料。然后通过一系列的表征手段详细的研究了该发光材料的微观形貌和光学性质,最终与商用InGaN蓝光芯片成功制备了WLED器件,深入研究了该材料在WLED应用方面的光电性质。具体内容主要分成以下两个部分:1.采用传统的热熔融法制备了稀土离子Tb~(3+)掺杂的CsPbBr_3钙钛矿纳米晶体玻璃,借助于XRD,XPS,透射电镜,荧光光谱,吸收光谱等一系列手段对所得样品进行了表征,结果证明CsPbBr_3纳米晶体被稳定均匀的分散在硼硅锌玻璃基质中,并且稀土离子Tb~(3+)成功的取代了Pb~(2+)。由于CsPbBr_3和Tb~(3+)之间的能量转移导致CsPbBr_3的主峰出现些许红移。引入了发射红光的Eu~(3+)来解决了红光缺陷的问题,进而通过调节稀土离子的掺杂比例来实现发光的可调性。重要的是,Tb~(3+)和Eu~(3+)共掺杂的CsPbBr_3玻璃由于CsPbBr_3→Tb~(3+)→Eu~(3+)之间的能量传递显示了一系列令人满意的荧光特性。最后通过与InGaN蓝光芯片相匹配成功的制备了WLED,在20 mA的电流下,CIE色坐标为(0.3335,0.3413),光效达到47.6 lm/W,色温低至4945K,显色指数高达85.7。研究结果有力的证明了稀土离子Tb~(3+)和Eu~(3+)共掺杂的CsPbBr_3玻璃作为一种新型发光材料在固体暖光源中的重要可行性。2.根据合成Tb~(3+)和Eu~(3+)共掺杂CsPbBr_3玻璃的方法我们进一步制备了稀土离子Tb~(3+)掺杂的CsPbI_3钙钛矿纳米晶体玻璃。借助于相关表征手段,结果证明Tb~(3+)离子成功的被引入到CsPbI_3玻璃的晶格中,并且通过调整Tb~(3+)/Pb~(2+)的质量百分比,成功地获得了发光可调的CsPbI_3:xTb~(3+)玻璃。所得样品不仅保持了CsPbI_3溶液的优异的发光性能并且显著提高了量子点的稳定性。将CsPbI_3:xTb~(3+)玻璃直接与InGaN蓝光芯片想匹配制备出的WLED器件也具有优异的光电性质。因此,此种全无机钙钛矿CsPbI_3:xTb~(3+)玻璃为实现高性能,低能耗,环保型的WLED的应用提供了诸多可能。