摘 要

有机-无机杂化钙钛矿具有可低温溶液法制备、荧光量子效率高、载流子迁移率高等其优异的性能，近年来成为光电领域的研究的热点。然而，在红光和绿光钙钛矿发光二极管的外量子效率达到21.3%和20.3%的量子效率时，蓝光器件的效率仍然无法超过10%。这主要是由于混合卤素薄膜质量差，并具有严重的相分离现象。本文通过在CsPbBr₃中添加3FPEABr以及EABr形成准二维材料的基础上，掺入少量的氯元素调控蓝光波长，以达到提高效率的目的。通过优化钙钛矿溶液比例、厚度和退火条件，发现3FPEABr EABr:CsBr:PbBr₂:PbCl₂ =1.3:1:0.7:0.3(3FPEABr:EABr=4:1)，旋涂条件为6000 rpm、45 s，退火条件为10 min，可以实现发光波长达到480 nm，外量子效率达到0.63%的蓝光钙钛矿发光器件，效率比只采用一种有机胺的0.05%有了明显的提升。

关键词：钙钛矿； 准二维材料； 电致发光器件； 波长调控

Quasi-2D blue light emitting diode based on mixed-halide perovskite

Abstract

Organic-inorganic hybrid perovskites have become a research hotspot in recent years due to their excellent optoelectronic properties. It is possible to prepare a semiconductor material having a relatively low defect density by a low temperature solution method. Compared with the traditional LED process, the difficulty is lower and the cost is lower, and the defects are less than that of the OLED. However, when both red and green light reach 21.3% and 20.3% of EQE, the blue light efficiency still cannot exceed 10%. Besides, simply by halogen control, it is difficult to adjust the wavelength to the ideal blue light position, and adding too much chlorine can also lead to poor film quality, accompanied by severe phase separation. In this paper, based on the addition of 3FPEABr and EABr to form quasi-two-dimensional materials in CsPbBr₃, a small amount of chlorine is added to regulate the blue wavelength to achieve the purpose of improving efficiency. It was found that 3FPEABr EABr:CsBr:PbBr₂:PbCl₂=1.3:1:0.7:0.3 (3FPEABr:EABr=4:1), with spin coating conditions of 6000 rpm, 45 s, annealing condition is 10 min at ,the wavelength can reach 480 nm and the EQE reaches 0.63%, which has a significant improvement over that contains only one organic amine with EQE reaching 0.05%.

Key word:perovskite; quasi-2D; electroluminescence; tune wavelength

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1.1引言 1

1.2 文献综述 2

1.2.1 钙钛矿材料背景介绍 2

1.2.2 准二维蓝光钙钛矿材料的进展 2

1.3 钙钛矿器件 4

1.3.1电致发光原理 4

1.3.2 光致发光机理 5

1.3.3 器件结构 6

1.3.4 主要性能指标 7

1.4 钙钛矿器件中主要存在的问题 9

1.4.1 器件的稳定性 9

1.4.2 器件效率滚降 10

1.5 开展实验的思路 11

第二章 实验部分 12

2.1 实验材料的准备 12

2.2 实验内容 12

第三章 结果与讨论 15

3.1 薄膜表征 15

3.2 不同条件下器件的性能 18

3.2.1 单阳离子含量对器件性能的影响 18

3.2.2 混合阳离子比例及膜厚和退火条件对器件的影响 23

3.2.3 氯掺杂的影响 28

3.3 本章小结 31

第四章 结论与展望 33

4.1 结论 33

4.2 展望 34

参考文献 35

致谢 38

第一章 前言

1.1引言

长期以来，世界范围内的能源结构，都是以火力发电为主体的。以中国国内为例，截至目前，火力发电占比高达77.7%，而这样的能源消费比例存在大量的隐患。火力发电产生大量的废弃烟尘，不仅会带走大量的热能，造成能量转换效率低下，而且烟尘本身对于环境的污染也不可小觑，故而，寻找清洁可再生能源，就迫在眉睫。而在实现能源清洁方面，发光显示技术也是其重要组成部分。对于传统发光器件，例如白炽灯，或者是节能灯。白炽灯主要依靠给灯丝加电流，使得灯丝中的电子在电流激发下跃迁发光，然而由于其灯丝的电流热效应，在其发光时不仅会产生可见光的辐射，而且还产生了大量以热能形式耗散掉的红外辐射，并且其耗散的红外辐射占其发射的绝大部分，致使其效率低下，浪费能源。本世纪开始发展的节能灯则利用镇流器为灯丝进行加热，使其在固定温度下发射电子，并利用灯管中填充的氩来传递电子能量，激发灯管表面的汞/荧光粉的混合物，使得荧光粉受激发光。其本质依旧是利用了电流的热效应，一般灯丝温度也会达到1000 K以上，能量浪费也非常多。而LED器件几乎没有热效应，由于其本质是一个PN结组成的发光二极管，故而其在正向导通时，电阻很小，这也就致使其电流热效应几乎可以忽略，大部分的能量都用于填补缺陷态以及激发电子使其跃迁后复合发光，而对于无机材料来说，缺陷密度一般很低，从而使得LED成为一种高效节能的发光器件。而自2014年第一篇关于可低温溶液法制备的钙钛矿发光器件的论文被发表以来，钙钛矿发光器件就成为了发光领域的一个热点，引起了各国研究人员的兴趣[1]。

钙钛矿 (Perovskite)原指的是一类含有钙和钛的氧化物矿石，其最基本的结构为ABX₃结构，A位可以是单价的有机或无机阳离子，例如Cs 离子或是甲胺 （MA）、乙胺 （EA）等有机胺的阳离子，B位一般为二价金属阳离子，例如Pb² ，Sn² 等，X位则是一价卤素阴离子，Cl^-、Br^-、I^-。这一类材料有着极其优异的光电性能: 相对较窄的发光线宽，高的吸收系数，较宽的色域，高的光致发光效率，高的载流子迁移率，并且相对于可溶液法制备的半导体而言，其缺陷密度 （~10¹⁴ cm^-3）也是相当低的[2]。而其最重要的一点是，通过调控卤素比例，添加胺基基团形成准二维结构，调控钙钛矿量子点尺寸等手段，其波长可在紫外到近红外的波段范围内可调。

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