CsPb 1-x Cd x Br 3 合金納米材料和電致發(fā)光二極管的研究
發(fā)布時間：2021-01-08 00:41
鈣鈦礦納米材料是近幾年出現(xiàn)的一種新型發(fā)光材料,受到了廣泛的關(guān)注。它們有很多優(yōu)點,如:帶隙可調(diào)、色域廣（能覆蓋整個可見光波段）、熒光量子效率高（photoluminescence quantum yield,PL QY）和缺陷態(tài)密度低等。因此,鈣鈦礦納米材料將成為照明顯示領(lǐng)域非常有前景的發(fā)光材料。近五年里,鈣鈦礦納米材料電致發(fā)光二極管（light-emitting diode,LED）發(fā)展迅速,尤其是紅光和綠光鈣鈦礦LED,它們的外量子效率（external quantum efficiency,EQE）由最初不足0.1%迅速超過20%,亮度突破10000 cd/m2,但是藍光鈣鈦礦LED的性能卻不及紅光、綠光鈣鈦礦LED的一半,主要是由于以下兩個原因:從材料方面而言,藍光鈣鈦礦材料光學(xué)性質(zhì)不夠穩(wěn)定,藍光材料的PL QY不如紅光和綠光的高;從器件方面而言,與藍光鈣鈦礦發(fā)光層匹配的電荷傳輸層較少。針對上述問題,我們從CsPbBr3納米材料入手并制備柔性綠光鈣鈦礦LED;然后通過合金手段合成CsPb1-xCdx
【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
（a-d）典型3D、2D、1D和0D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖；中間2幅圖分別為
第1章緒論41.2.2鈣鈦礦材料特性鈣鈦礦納米材料在科研界備受青睞，主要是由于鈣鈦礦納米材料有很多優(yōu)異的光電特性。（1）鈣鈦礦材料的發(fā)射光譜可調(diào)性，可以覆蓋整個可見光波段[19-22]。將從以下兩個方面進行解釋，一方面是尺寸依賴特性[23]，Protesescu等人[24]發(fā)現(xiàn)同一種立方相CsPbBr3鈣鈦礦材料通過控制合成溫度可以改變材料的粒子尺寸，進而調(diào)整材料的吸收和發(fā)射波長，粒子尺寸從11.8nm減小到3.8nm，發(fā)光波長從512nm逐漸藍移至460nm，如圖1.2（a）所示；另一方面是組分工程設(shè)計[21,24]，通過調(diào)控?zé)o機鈣鈦礦CsPbX3（X=Cl-、Br-或I-）鹵素配比，如氯溴混合或者溴碘混合（即：CsPbCl3-xBrx或者CsPbBr3-xIx），使發(fā)射波長可以在整個可見光400-700nm范圍內(nèi)調(diào)諧，如圖1.2（b-d）所示。圖1.2（a）同種立方相CsPbBr3納米材料不同粒子尺寸所對應(yīng)的吸收和發(fā)射光譜。（b）通過組分工程，調(diào)整鹵素配比的鈣鈦礦材料在365nm激發(fā)下的發(fā)光照片。（c-d）不同鹵素配比的鈣鈦礦的發(fā)射和吸收光譜圖。（2）鈣鈦礦納米材料的高色純度特性[1,25]。與傳統(tǒng)的膠體半導(dǎo)體納米材料（如：硒化鎘（CdSe）、硫化鎘（CdS）、硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PbSe）等）相比，鈣鈦礦材料具有對稱且更窄的半峰寬，如圖1.3所示。這種較高的色純度使鈣鈦礦在高色彩飽和度的照明顯示領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。
第1章緒論5圖1.3鈣鈦礦、無機量子點和有機發(fā)光材料的半峰寬和尺寸圖。（3）鈣鈦礦材料具有較高的PLQY[1,26]。近年來，大量的科研成果已經(jīng)證明鈣鈦礦納米材料的PLQY超過90%。與傳統(tǒng)的III-V和II-VI族半導(dǎo)體納米材料相比，鈣鈦礦納米材料具有更少的表面缺陷和可忽略的電荷捕獲態(tài)，這大大提高激子的輻射復(fù)合，減少非輻射復(fù)合，從而使其具有更高的PLQY，因此，鈣鈦礦納米材料在光電器件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。（4）鈣鈦礦材料具有高缺陷容忍特性[27,28]。缺陷對傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料和鈣鈦礦材料電子性能影響的差異如圖1.4（a）所示（紅色實線表示與缺陷相關(guān)的電子狀態(tài)）。以CdSe為例，Cd2+離子的空位或移動可以導(dǎo)致Se2-離子的局域非成鍵或者弱成鍵軌道，這些軌道位于帶隙深處，屬于深能級缺陷。帶隙通常是在價帶（valenceband，VB）和導(dǎo)帶（conductionband，CB）之間形成，缺陷態(tài)經(jīng)常存在半導(dǎo)體內(nèi)部。然而在鈣鈦礦中，帶隙是在兩組反鍵軌道之間形成的，所以在VB和CB中形成的是空位狀態(tài)，或者最壞情況下是淺能級的缺陷。鈣鈦礦納米材料表面的懸掛鍵也有類似的作用，導(dǎo)致局域的非成鍵狀態(tài)。根據(jù)CsPbBr3的第一原理計算（圖1.4（b）），良性空位的形成表明鈣鈦礦存在良性的表面。最后，鈣鈦礦與傳統(tǒng)半導(dǎo)體的一個重要區(qū)別是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)對反位缺陷和間隙缺陷的形成具有很強的免疫能力，而這兩種缺陷都非常容易形成深能級缺陷，進而影響材料的電子性能。
本文編號：2963561
【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
（a-d）典型3D、2D、1D和0D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖；中間2幅圖分別為
第1章緒論41.2.2鈣鈦礦材料特性鈣鈦礦納米材料在科研界備受青睞，主要是由于鈣鈦礦納米材料有很多優(yōu)異的光電特性。（1）鈣鈦礦材料的發(fā)射光譜可調(diào)性，可以覆蓋整個可見光波段[19-22]。將從以下兩個方面進行解釋，一方面是尺寸依賴特性[23]，Protesescu等人[24]發(fā)現(xiàn)同一種立方相CsPbBr3鈣鈦礦材料通過控制合成溫度可以改變材料的粒子尺寸，進而調(diào)整材料的吸收和發(fā)射波長，粒子尺寸從11.8nm減小到3.8nm，發(fā)光波長從512nm逐漸藍移至460nm，如圖1.2（a）所示；另一方面是組分工程設(shè)計[21,24]，通過調(diào)控?zé)o機鈣鈦礦CsPbX3（X=Cl-、Br-或I-）鹵素配比，如氯溴混合或者溴碘混合（即：CsPbCl3-xBrx或者CsPbBr3-xIx），使發(fā)射波長可以在整個可見光400-700nm范圍內(nèi)調(diào)諧，如圖1.2（b-d）所示。圖1.2（a）同種立方相CsPbBr3納米材料不同粒子尺寸所對應(yīng)的吸收和發(fā)射光譜。（b）通過組分工程，調(diào)整鹵素配比的鈣鈦礦材料在365nm激發(fā)下的發(fā)光照片。（c-d）不同鹵素配比的鈣鈦礦的發(fā)射和吸收光譜圖。（2）鈣鈦礦納米材料的高色純度特性[1,25]。與傳統(tǒng)的膠體半導(dǎo)體納米材料（如：硒化鎘（CdSe）、硫化鎘（CdS）、硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PbSe）等）相比，鈣鈦礦材料具有對稱且更窄的半峰寬，如圖1.3所示。這種較高的色純度使鈣鈦礦在高色彩飽和度的照明顯示領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。
第1章緒論5圖1.3鈣鈦礦、無機量子點和有機發(fā)光材料的半峰寬和尺寸圖。（3）鈣鈦礦材料具有較高的PLQY[1,26]。近年來，大量的科研成果已經(jīng)證明鈣鈦礦納米材料的PLQY超過90%。與傳統(tǒng)的III-V和II-VI族半導(dǎo)體納米材料相比，鈣鈦礦納米材料具有更少的表面缺陷和可忽略的電荷捕獲態(tài)，這大大提高激子的輻射復(fù)合，減少非輻射復(fù)合，從而使其具有更高的PLQY，因此，鈣鈦礦納米材料在光電器件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。（4）鈣鈦礦材料具有高缺陷容忍特性[27,28]。缺陷對傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料和鈣鈦礦材料電子性能影響的差異如圖1.4（a）所示（紅色實線表示與缺陷相關(guān)的電子狀態(tài)）。以CdSe為例，Cd2+離子的空位或移動可以導(dǎo)致Se2-離子的局域非成鍵或者弱成鍵軌道，這些軌道位于帶隙深處，屬于深能級缺陷。帶隙通常是在價帶（valenceband，VB）和導(dǎo)帶（conductionband，CB）之間形成，缺陷態(tài)經(jīng)常存在半導(dǎo)體內(nèi)部。然而在鈣鈦礦中，帶隙是在兩組反鍵軌道之間形成的，所以在VB和CB中形成的是空位狀態(tài)，或者最壞情況下是淺能級的缺陷。鈣鈦礦納米材料表面的懸掛鍵也有類似的作用，導(dǎo)致局域的非成鍵狀態(tài)。根據(jù)CsPbBr3的第一原理計算（圖1.4（b）），良性空位的形成表明鈣鈦礦存在良性的表面。最后，鈣鈦礦與傳統(tǒng)半導(dǎo)體的一個重要區(qū)別是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)對反位缺陷和間隙缺陷的形成具有很強的免疫能力，而這兩種缺陷都非常容易形成深能級缺陷，進而影響材料的電子性能。
本文編號：2963561
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