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基于单层胶体球改善LED器件光电性能的研究

樊月梅  
【摘要】:基于单层胶体球有序阵列制备的单层胶体晶体具有图案新颖、操作简便等优点,在优化发光二极管(LED)的发光层质量和提高LED器件性能等方面起到了关键作用。本文工作围绕基于单层胶体晶体优化有机-无机杂化钙钛矿(OIPs)发光层质量以及提高氮化镓(GaN)基LED器件性能进行研究。1、优化发光层薄膜质量方面,OIPs具有优异的电光转换性能,成为照明、光伏等领域的新秀。但是作为LED器件的发光层,其较低的薄膜覆盖率降低了薄膜的光电性能,为了解决这一问题,本文工作采用胶体球自组装的方法制备聚苯乙烯(PS)胶体单层,以此为基础得到二氧化硅的微纳结构,在结构单元提供的二维(2D)空间限制下,通过一步法制备钙钛矿发光层薄膜。文中使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)等测试手段对有无微纳结构的钙钛矿薄膜的形貌、微观结构以及光学性能进行了对比,结果表明含有微纳结构的钙钛矿薄膜在形貌上具有孔隙少、均匀度好、结晶度高等优点,且薄膜的光致发光强度提高了77.7%。2、优化器件性能方面,纳米图案化蓝宝石衬底(NPSS)技术可以同时提高GaN基LED的内量子效率(IQE)和光提取效率(LEE)从而有效的提高器件性能。但是由于纳米图案形貌的单一化限制了NPSS技术的研究。本文工作以PS胶体球单层为透镜阵列,采用球面透镜刻蚀技术(SLP),制备顶部圆形,底部六瓣花形的三维(3D)有序纳米孔阵列,成功解决了图案单一化的问题,丰富了刻蚀技术产生的2D图案形态。在对比实验中,将3D纳米孔阵列结构和单一圆形孔隙阵列结构分别作为湿法腐蚀蓝宝石的掩膜,得到了六瓣花形和圆形的NPSS,结果表明,由六瓣花形NPSS制备的LED器件的LEE比由圆形NPSS制备的效率提高了13.2%。由六瓣花形NPSS制备的LED器件的光输出功率(LOP)比由平片制备的LED的效率提高了44.3%。


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