钙钛矿薄膜的缺陷钝化及其电致发光器件研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着现代科学技术的不断进步,照明技术和显示技术获得突飞猛进的发展。从钨丝白炽灯、阴极射线管显示技术(CRT)发展到如今的荧光节能灯、发光二极管(LED)等照明工具和显示方式。人们对于照明和显示设备的发光亮度、色纯度、发光效率的要求日益提高。其中,LED作为一种电致发光器件,是一种能够将电能转化成光能的半导体电子元件,它具有节能、环保、安全和高亮度等特点,在日常生活和生产中得到了广泛应用。

有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料作为一种光电转换材料,兼具有机材料的制备简单、带隙可调和无机材料的载流子迁移率高、可溶液加工、热稳定性好等优点,可作为电致发光器件的活性层材料制备钙钛矿LED,在显示和照明领域具有很强的应用潜力。自从1980年发现二维钙钛矿器件在低温条件下才能电致发光,但器件效率很差。近些年来,研究人员取得了三维钙钛矿发光二极管在室温条件下可电致发光这一重大成果。有机-无机杂化三维钙钛矿具有较高的光致发光量子效率(PLQE)和良好的电荷迁移率,因此在低能耗、高亮度、大尺寸显示与照明领域具有广阔应用前景。2018年魏展画和王建浦教授团队分别对活性层进行改性,并对器件结构进行优化,获得了外量子效率超20%的电致发光器件,刷新了钙钛矿发光二极管的世界最高纪录,同时,器件的稳定性也得到极大地提升。

然而,有机-无机杂化钙钛矿材料作为发光器件的活性层仍存在许多不足之处:过多载流子在钙钛矿层中的复合效率较低,载流子有效注入钙钛矿层效率差,漏电流过大、与复合发光相关的物理过程及机理尚未完全弄清。而钙钛矿薄膜存在较差的热稳定性和多晶特性等问题,会产生大量缺陷,导致漏电流产生非辐射复合,故钙钛矿LED在效率和稳定性上还有很大的提升空间,因此改进制备工、在活性层加入合适的添加剂可有效地提高钙钛矿材料光电器件性能。如加入有机聚合物型添加剂,例如PEG形成三维网络结构以改善膜的形态和器件的稳定性;在钙钛矿中加入PC61BM可钝化晶界上的表面缺陷;加入离子盐型添加剂来增加钙钛矿薄膜的覆盖率并钝化由于化学计量造成的晶体缺陷。

本课题旨在通过在钙钛矿本体中加入添加剂对钙钛矿表面和晶界的缺陷进行有效钝化,提高钙钛矿薄膜的质量,并优化器件结构,获得性能优异的电致发光器件。

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