摘要
自1839年被发现，钙钛矿材料历经几十年的发展，不仅在太阳能电池领域有了长足的进步，在显示和照明领域也有着不俗的表现。钙钛矿量子点(PQDs)的高荧光量子产率、窄发光光谱、可调节的带隙和尺寸以及大的激子结合能等优异特性使量子点发光二极管(PQD-LED)能实现很高的效率。然而钙钛矿量子点尺寸减小引起表面缺陷态密度增多，这是制约其光学和电学应用的主要问题之一。不仅降低了PQDs的发光效率，还诱导了量子点分解或团聚，导致量子点稳定性进一步恶化。本文围绕发光性能较为优异的甲脒铯铅溴(FA0.8Cs0.2PbBr3)钙钛矿量子点展开研究，从合成工艺优化和表面缺陷钝化两个方面提升了量子点的稳定性，进一步优化了器件的载流子传输层，提升PQDLED的性能。 (1)利用改进的配体辅助再沉淀(LARP)法合成了FA0.8Cs0.2PbBr3钙钛矿量子点，所得产物平均尺寸为11.2nm、荧光强度较高且薄膜覆盖率良好。除此之外，我们通过调整前驱体溶液用量，保证了量子点尺寸均匀度，获得了稳定且荧光强度较高的FA0.8Cs0.2PbBr3量子点溶液。在此基础上制备了钙钛矿量子点发光二极管，并获得了2689cd/m2和5.78cd/A的最大亮度和最大电流效率。 (2)在改进合成工艺的基础上，为了进一步提升量子点的稳定性，我们向FA0.8Cs0.2PbBr3量子点前驱体溶液中引入了不同浓度的2-氨基乙醇硫酸氢酯(2-AEHS)以钝化量子点表面的缺陷。实验结果表明，前驱体溶液中2-AEHS的浓度达到0.5mg/mL时，量子点的荧光量子产率(PLQY)达到了76.6%，较未钝化的量子点提高了55%。此外，2-AEHS的钝化有效提升了量子点溶液的稳定性。当2-AEHS在前驱体溶液中浓度达到0.5mg/mL时，量子点溶液在室温空气环境(22±2℃，46RH%)存放超过60天后仍保持初始荧光强度的50%。我们制备了与前文相同结构的PQDLED并分析了2-AEHS的引入对量子点电学性能的影响，确定了2-AEHS的最佳钝化浓度。结果表明，2-AEHS的引入有效提升了器件的发光性能和稳定性，在2-AEHS浓度为0.5mg/mL时PQDLED的最大亮度和效率分别为6102cd/m2和9.28cd/A，较未钝化的PQDLED分别提升了267%和64.8%。此外，器件的半衰期T50也从120s提升至206s。 (3)在2-AEHS钝化量子点的基础上，利用二甲基亚砜(DMSO)改性空穴传输层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)使其由核壳结构转变为链状结构，提升空穴传输能力。使用掺杂DMSO的PEDOT∶PSS制备与前文相同结构的PQDLED，最大亮度和效率分别达到3455.7cd/m2和15.85cd/A，较未掺杂DMSO的器件分别提高102%和66%。在电子传输层一侧，我们使用和FA0.8Cs0.2PbBr3钙钛矿量子点最低未占有轨道(LUMO)能级更加接近的4,6-双(3,5-二(3-吡啶)基苯基)-2-甲基嘧啶(B3PYMPM)∶1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)混合电子传输层来替代单一的TPBi，从而降低电子注入势垒，B3PYMPM中掺入适量的碳酸铯(Cs2CO3)可以进一步提高电子注入能力，使电子和空穴注入更加平衡。双层混合电子传输层器件最大亮度和效率可达9358.6cd/m2和18.91cd/A，较单TPBi电子传输层的器件分别提高103%和53%。 综上所述，2-AEHS钝化FA0.8Cs0.2PbBr3钙钛矿量子点的表面缺陷，提升荧光强度和稳定性，其较短的碳链有助于改善钙钛矿膜层导电性并大幅提升器件性能。此外改性空穴传输层和双层混合电子传输层的引入可进一步提高PQDLED的亮度和效率。本论文为合成高性能FA0.8Cs0.2PbBr3钙钛矿量子点溶液、制备高效PQDLED提供了可行的方案。
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