可溶液加工的多量子阱钙钛矿发光器件开题报告
2020-06-07 21:30:07
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
钙钛矿发光二极管（peled）是基于有机-无机杂化钙钛矿材料的一类新型发光二极管（led）。这类产品的特点是驱动电压低、发光亮度与发光效率高、响应速度快、工作温度范围宽、成型加工比较简便。另外，由于不受尺寸的限制，从高分辨率头盔用的微显示到室外广告用的大屏幕显示均适用，可以大规模与大面积生产。平板显示屏还可以做在柔性衬底上，做成柔性器件等等，它能够满足当今信息时代对显示设备更高性能和更大信息容量的要求。这些特点使其存在着强劲的潜能和巨大的市场前景。
早在1994年，saito课题组就曾采用二维结构的(c6h5c2h4nh3)2pbi4钙钛矿材料制备了电致发光器件，但所得的led器件需要在液氮温度下才能实现发光，且需要较高的启亮电压，所得的量子效率也较低[1,2]。2014年，friend课题组首次报道了室温工作的近红外钙钛矿led，该器件采用低温溶液法制备，通过限制电子-空穴在钙钛矿发光层中充分复合发光来提高亮度与发光效率，外量子效率（eqe）可达到0.76%[3]。2015年，王建浦课题组利用pei对zno电子传输层进行处理，从而显著提高钙钛矿薄膜的成膜质量，获得了eqe高达3.5%的近红外发光器件[4]。2016年，王建浦课题组创造性地采用溶液加工方法将无机led中用于提高器件发光效率的量子阱结构引入到钙钛矿led中，开发了具有多量子阱结构的钙钛矿发光材料，利用这种维度可调的多量子阱钙钛矿材料，制备的led器件eqe达到11.7%，这也是目前所报道的钙钛矿led器件的最高效率[5]。2017年，xiao 等人报导了利用纳米尺寸微晶自组装形成的高效钙钛矿 led。添加到钙钛矿前驱体溶液中的长链卤化铵充当了表面活性剂，在膜形成期间明显地限制了3d钙钛矿颗粒的生长，产生尺寸10 nm且膜粗糙度小于1 nm的微晶。用较长链的有机阳离子涂覆这些纳米尺寸的钙钛矿颗粒产生高效的发射源，使得led对于甲基铵碘化铅体系具有10.4%的外量子效率，对于甲基铵溴化铅体系有9.3%的外量子效率，并具有显著改善的操作稳定性[6]。
被用来制造led的钙钛矿是被称作有机-无机杂化金属卤化物的钙钛矿，这种钙钛矿还混有铅、碳系离子和被称为卤化物的卤离子。这些材料充分溶解在普通溶剂中，并且在干燥时聚集形成钙钛矿晶体，这使得它们廉价并且容易制造[7]。有机-无机杂化钙钛矿材料具有abx3型晶体结构（a：cs 、ch3nh3 、ch(nh2)2 ;b：pb2 、sn2 ;x：cl-、br-、i-）,以pb或者sn金属原子作为核心，卤素原子作为八面体顶角，有机集团位于面心立方晶体顶角位置构成三维骨架，使得晶体结构得以稳定。这种有机卤化物的载流子迁移率高（≈10 cm2#9642;v-1#9642;s-1）[8]，扩散长度可达3μm[9]，发光效率高达70%[10]，此外，它能提供非常高的色纯度（半峰宽≈20 nm）[3,11]。杂化钙钛矿材料的另一大优势是可以通过调节卤素原子比例或有机基团来有效调控其带隙，从而实现大范围内不同颜色发光[12,13]，这使得它对于彩色显示器，照明和光通信系统都非常有用。正是因为这些优异的特点，使得以ch3nh3pbi3为代表的钙钛矿材料成为理想的钙钛矿led发光材料，并且钙钛矿材料具有廉价、可溶液制备的特点，便于采用不需要真空条件的制备技术。综上，以有机-无机杂化钙钛矿作为发光层材料可以克服传统有机发光二极管（oled）和无机量子点发光二极管合成复杂、高成本、色纯度低等缺点[14]，这为钙钛矿发光器件的大规模、低成本制造提供了可能性。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
随着维度的增加，钙钛矿材料的载流子迁移率与激子扩散长度会增加，与此同时激子束缚能、带隙以及稳定性会下降，因此需通过维度调控寻找到最佳比例，控制晶粒尺寸与缺陷态密度，提高稳定性。
本课题的主要内容是研究多量子阱结构钙钛矿薄膜维度调控对薄膜成膜性与光电性能的影响以及研究多量子阱结构对钙钛矿发光器件性能的影响。
在深入理解课题的基础上，了解钙钛矿薄膜的一般制备以及表征手段，熟练掌握薄膜样品相关表征（如xrd、sem、膜厚等）方法及后续的数据处理，调控二维、三维钙钛矿材料比例，完成不同比例的钙钛矿薄膜的制备与表征，寻找效率、稳定性最佳的混合比例。对钙钛矿led工作原理有清楚的认识之后，熟练掌握真空手套箱、真空蒸镀仪以及加热台的使用，并且学会蒸镀时样品速率的调控。能独立完成对钙钛矿led的制备与表征。首先对ito玻璃片进行清洗、刻字、表面等离子体处理，旋涂电子传输层，经过退火处理后基片转置真空手套箱中，旋涂发光层，退火后旋涂空穴传输层，退火后利用蒸镀法蒸上顶层电极。接下来对制备完成的器件进行相应测试（eqe、辐照度、亮度等）与表征工作，完成后续数据处理。综合研究并分析钙钛矿的多量子阱结构在薄膜和发光器件中的作用以及影响。
