基于摩擦工艺的钙钛矿(CsPbBr3)纳米线偏振发光二极管

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卤化物钙钛矿是近几年一个非常活跃的研究领域,该材料不仅具有出色的光电性质,如直接可调的带隙,窄的发射峰,长的载流子扩散长度和高的光吸收系数,而且可溶液加工,制备成本低,在发光二极管、太阳能电池及激光器等光电器件中具有广泛应用。到目前为止,研究者们已经成功制备出零维量子点、一维纳米棒/纳米线、二维纳米片及准二维结构、三维体材料等各种维度的钙钛矿。其中一维材料具有各向异性的特征,可以通过外界作用使其有序排列,并由此获得偏振光。传统显示技术中,通过在非偏振光源前添加偏振片来获取偏振光,这一举措将损失非偏振光源大约50%的入射光,从节能环保角度来说是不利的。若是线偏振电致发光器件主动发光,那么就可以取代传统液晶显示器的偏振片、液晶盒甚至是背景光源,从而可以简化器件结构、大大降低光能损耗和提高显示器的亮度和视角。由此,本文合成了Cs Pb Br3纳米线,然后采用机械摩擦的方法使其取向,制备了钙钛矿偏振发光二极管,具体研究内容如下:1)采用热注入的方法合成了Cs Pb Br3纳米线。利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对Cs Pb Br3纳米线进行了结构和形貌表征,通过紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱研究了Cs Pb Br3纳米线的光物理性质,并且用Pb Br2、NH4BF4、NH4SCN分别对纳米线进行表面处理。结果表明Cs Pb Br3纳米线以束团簇的形式分散在溶剂中,其长度可以达到微米级别,表面处理可以提高纳米线分散液的荧光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY),获得较好的分散效果。2)基于摩擦取向法成功制备了具有偏振性的Cs Pb Br3纳米线发光薄膜。考虑到成膜过程中溶剂对取向排列的影响,发展了两种摩擦取向工艺——干法摩擦和湿法摩擦。通过金相显微镜对摩擦工艺中溶剂、温度、聚合物添加剂的影响进行比较。用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)和SEM对干法摩擦和湿法摩擦获得的薄膜分别进行表面形貌表征,结果表明干法摩擦制备的薄膜沟槽较少。成功获得了具有偏振性的Cs Pb Br3纳米线荧光薄膜,荧光偏振度达到0.5。3)在偏振荧光薄膜的研究基础上,进行了电致发光器件的研究。采用不同的空穴传输层(Hole Transport Layer,HTL)材料,如:PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene)),PVK(polyvinylcarbazole),poly-TPD(poly[N,N’-bis(4-butylphenyl)-N,N’-bis(phenyl)benzidine]),以及若干种叠层结构,并对空穴传输层旋涂工艺进行优化。比较了干法摩擦与湿法摩擦获得的发光二极管的器件性能。结果表明干法摩擦制备的单层poly-TPD为空穴传输层的器件性能最佳,其起亮电压为6.5 V,最高亮度达到3.5 cd/m2,外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)为0.08%,电致发光偏振度为0.14。
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