非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。     

量子点、钙钛矿色转换全彩显示应用研究进展

量子点具有色纯度高、发光颜色可调和荧光量子产率高等诸多优良的光电特性,已成为一类非常重要的发光材料,在显示及照明领域都受到了广泛的关注。目前,量子点材料的显示应用主要是基于其光致发光特性,或者说色转换特性,用于提升液晶面板的显示色域、或者与蓝光主动发光器件搭配实现全彩显示。本文首先综述常规量子点(CdSe、InP)在液晶显示方面的应用研究进展,详细阐述了量子点集成到液晶显示器面板中所需要考量的面板架构、光学特性、可靠性、制程工艺等一些关键问题;然后,进一步对量子点色转换主动发光显示应用进行了分析,就如何获得高效色转换、量子点材料图案化以及搭配蓝光发光器件的光学集成问题进行重点关注;最后,针对当前受到广泛关注的钙钛矿材料,就其色转换全彩显示应用研究进展进行了分析。     

全无机钙钛矿量子点的合成、性质及发光二极管应用进展

近年来,全无机铯铅卤素钙钛矿(CsPb X 3,X=Cl,Br,I)量子点由于其色纯度高、具有可调谐的发射波长(410~760 nm)、窄的半峰宽(12~42 nm)和较高的荧光量子产率(最高可达95%以上)以及可全溶液处理等优势而受到人们的高度关注,在显示和照明领域有着较为广阔的应用前景。本文首先介绍了近年来发展起来的全无机钙钛矿量子点的液相合成方法,如高温热注射法、一步反应法、阴离子交换法和过饱和重结晶法等;其次介绍了全无机钙钛矿量子点的形貌、尺寸和晶型调控及材料组分、反应温度和杂质离子对其发光性能的影响,进而总结了无铅全无机钙钛矿量子点的研究进展;然后介绍了全无机钙钛矿量子点在发光二极管方面的应用进展;最后概述了全无机钙钛矿量子点在未来发展中存在的挑战和机遇。     

量子点液晶显示背光技术

量子点材料兼具极高的色纯度、发光颜色可调以及的荧光量子产率高等特点,已成为显示领域中的明星材料,在提升显示器件的色域方面具有巨大潜力。基于量子点材料的液晶显示背光技术是目前量子点材料在显示器件中的主流应用方向,引起了学术界和工业界的广泛关注。本文将综述量子点液晶显示背光技术的研究进展,主要包括量子点材料的选择、背光结构的应用以及材料复合与封装技术的发展现状,重点介绍了目前产业界广泛关注的量子点光学膜技术,特别是国内自主知识产权的低成本钙钛矿量子点光学膜技术,由于其具备广色域(124%NTSC)、易加工、低成本等特点,已成为具有成长潜力的技术路线。     

溶液法制备的金属掺杂氧化镍空穴注入层在钙钛矿发光二极管上的应用

甲脒基钙钛矿(FAPbX_3)纳米晶(NCs)具有成本低、色纯度高、吸收范围广、带隙可调等特点,在照明显示与光伏领域中表现出良好的应用前景.然而传统钙钛矿发光二极管(LEDs)的空穴注入层材料——PEDOT:PSS,由于其固有的吸湿性和酸性,严重影响着器件的稳定性,而器件的稳定性始终是阻碍钙钛矿发光器件成为实际应用的关键因素之一.本文首次使用溶液法制备的氧化镍(NiO)薄膜作为溴基甲脒钙钛矿(FAPbBr_3) NCs LEDs的空穴注入层,降低空穴注人层对钙钛矿发光层的影响,获得了高效且稳定的钙钛矿发光器件,器件寿命是基于PEDOT:PSS的器件的2.3倍.通过适当浓度的金属掺杂(Cs:NiO/Li:NiO),可以有效改善器件的电荷平衡,从而进一步提高FAPbBr_3 NCs LEDs的性能.基于掺杂2 mol%Cs的NiO的器件表现出最优异的光电性质,其最大亮度,最大电流效率,峰值EQE分别为2970 cd·m~(-2),43.0 cd·A~(-1)和11.0%;相比于传统的PEDOT:PSS基的器件,效率提高了近2倍.     

超小晶粒锡掺杂CsPbBr3蓝光量子点的合成及其光学性能研究

近年来,铅卤钙钛矿CsPbX₃ (X=Cl,Br或I)因其具有荧光波段可调、荧光量子产率高(Photoluminescence quantum yield,PLQY)以及荧光半峰宽窄等优点而被广泛应用于光电器件领域.然而,与PLQY接近于100%的绿光和红光相比,蓝光卤素钙钛矿的PLQY仍比较低.在此,采用过饱和结晶的方法在室温下合成了粒径低于4 nm的超小晶粒锡(Sn)掺杂CsPbBr₃量子点,并对其结构特性和光学特性进行了研究.结果表明:随着SnBr₂添加量的增大,量子点晶粒的粒径略微减小,荧光发射峰发生蓝移,粒径由3.33 nm (SnBr₂为0.03 mmol)减小到2.23 nm(SnBr₂为0.06 mmol时),对应的荧光发射峰由490 nm蓝移至472 nm.当SnBr₂添加量为0.05 mmol时合成的超小晶粒锡掺杂CsPbBr₃量子点显示出最优的光学性能,其粒径约为2.91 nm,对应的XRD各晶面衍射峰强度最强,...     

2(水杨醛缩苯胺)-(1,10-邻菲罗啉)合钙的光谱特性

合成了一种新型的蓝光发射材料2(水杨醛缩苯胺)-(1,10-邻菲罗啉)合钙,并利用红外光谱、X射线衍射谱、DSC热分析、UV-vis吸收谱、荧光激发光谱和荧光发射光谱研究了其结构、晶态、热稳定性以及光学特性,分析了它的能态结构和发光机理。结果表明,2(水杨醛缩苯胺)-(1,10-邻菲罗啉)合钙的热稳定性较高,是一种多晶粉末发光材料,禁带宽度2.93eV,在紫外光的激发下,固态荧光发射峰在449.7nm处,在乙醇溶液体系中的荧光发射峰在491nm处,均为蓝色荧光,色纯度高,荧光量子效率高,其荧光发射主要来源于长波吸收带,最大波长吸收带对荧光发射贡献最大。     

采用硫氰酸铵添加剂的高效天蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光器件具有可溶液加工、高发光效率和良好色纯度等诸多优良特性,受到了广泛的关注,但蓝色钙钛矿发光器件发光效率和光谱稳定性等方面的问题限制了钙钛矿材料在照明和显示领域的进一步发展.本工作研究硫氰酸铵添加剂对准二维混合卤化物钙钛矿薄膜形貌、结晶度、光物理和电致发光特性的影响.结果表明硫氰酸铵能有效钝化准二维混合卤化物钙钛矿薄膜的缺陷,提高结晶度,调节相分布,从而改善其电荷传输特性和发光效率.硫氰酸铵浓度为20%的准二维钙钛矿发光二极管的发光峰值波长位于486 nm处,器件的最大外量子效率为5.83%,最大亮度为1258 cd/m~2,分别比未添加硫氰酸铵的器件提升了 6.7倍和3.6倍,同时器件发光光谱稳定性和驱动稳定性也得到了明显的提升.本研究为提高蓝色准二维混合卤化物钙钛矿发光二极管的特性提供了一种简单有效的方法.     

基于共价有机聚合物空穴注入层的钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

卤化物钙钛矿(ABX)量子点及其发光器件具有色纯度高、外量子效率高以及在可见光范围内可调等特点,近年来在照明、显示等领域中展现出巨大潜力。然而,钙钛矿量子点发光二极管(PeQLEDs)的稳定性正成为制约其商业应用的最大障碍,除了钙钛矿发光层本身的稳定性问题之外,传输层的水氧稳定性问题也不可忽略。为了解决这一发展过程中的难题,我们提出了基于氮唑类单体构筑共价有机聚合物材料(COP-N)替代传统的PEDOT∶PSS作为空穴注入层材料的新型PeQLEDs。我们发现COP-N具有本征的水氧稳定性,且与PVK之间的空穴注入势垒更小。这些特性使得基于COP-N的PeQLED在取得比PEDOT∶PSS更好发光效率的同时实现了近2倍的稳定性提升。我们认为,这种共价有机聚合物有望成为新型的空穴注入材料,实现高效稳定的钙钛矿电致发光,促进钙钛矿发光器件的发展。     

蓝光钙钛矿发光二极管:从材料制备到器件优化

金属卤化物钙钛矿材料凭借其低成本、高色彩饱和度、高荧光量子产率、可调的发光波长和溶液加工等特点,在下一代平板显示和固体照明领域极具应用前景。得益于对钙钛矿材料的设计、器件结构的优化和发光机理的深刻认识,自2014年首次观察到室温下的钙钛矿电致发光现象以来,绿光、红光和近红外钙钛矿电致发光二极管(PeLED)的外量子效率(EQE)目前已迅速突破了20%。然而,作为三基色之一的蓝光PeLED发展较为缓慢,这严重制约了全彩色PeLED的发展。最近一年来,蓝光PeLED的效率增长显著,EQE已经超过10%。本文总结了蓝光钙钛矿材料的制备和器件结构的优化,并对未来蓝光PeLED发展方向和所面临的问题进行了讨论,以期促进蓝光PeLED的发展。     

以CBP为主体的高色纯度红色磷光有机电致发光器件

以铱配合物红色磷光体Ir(piq)2(acac)为掺杂剂,制备了基于CBP材料的一系列红色电致磷光器件(PLED),其结构为ITO/CuPC(1nm)/Ir(piq)2(acac):CBP(25nm)/BCP(10nm)/Alq3(35nm)/LiF(1nm)/Al(100nm),对4种不同的掺杂剂浓度进行了比较,研究了它们的电致发光特性。得出了Ir(piq)2(acac)的最佳掺杂比为8%,此时器件的色坐标都非常接近标准红色,且色纯度超过了98%以上;在16V时,色坐标为(x=0.67,y=0.32),色纯度为99.74%,基本满足了全色显示对红色发光的要求。     

无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展EI北大核心CSCD

金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子效率、高色纯度、波长可调和可溶液加工等优异的性能,近年来广泛用于制备发光二极管、太阳能电池、激光器、探测器等半导体器件。其中,铅基钙钛矿发光二极管(Perovskite light emitting diode,PeLED)的外量子效率已经突破了28%。然而,重金属铅的毒性阻碍了其大规模的生产和商业化发展。因此,开发高性能的无铅PeLED成为新的研究热点,在下一代显示和照明领域展现出重要的应用前景。本文综述了无铅PeLED的实现及研究进展,首先介绍了无铅PeLED中的相关基本概念,包括无铅钙钛矿材料特性、器件结构、发光机理等;然后从无铅钙钛矿材料种类的角度出发,阐述了无铅钙钛矿的制备方法,包括旋涂法、热注入法、配体辅助再沉淀法、气相沉积法等;接着总结了实现高性能Sn基、Bi基、Sb基、Cu基等无铅PeLED的方法,包括对材料选取、结构设计、器件性能、工作机理以及发光过程的分析;最后探讨了无铅PeLED目前面临的挑战及其未来的发展机遇。     

通过Pr^(3+)掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理EI北大核心CSCD

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下,Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr^(3+)离子从激发态^(3)P_(0)到^(3)H_(5)、^(3)F_(2)的跃迁。随着Pr^(3+)浓度增加,发光强度先增加后减小,在x=0.015时发光最强,且衰减时间从17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5000 N激发下可以获得Pr^(3+)离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度I_(G)/I_(R)随着掺杂浓度的增加呈线性减小,且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路,在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。     

基于TiO2修饰层的量子点发光二极管设计及其性能

量子点发光二极管(QLEDs)具有色饱和度和色纯度高等优点,在照明与显示领域具有广泛应用前景,成为发光领域研究的热点之一.由于器件采用多层结构,表面和界面问题成为制约QLEDs发展的一个棘手问题.本文使用原子层沉积技术在氧化锌(ZnO)电子传输层和量子点(QDs)发光层之间插入不同厚度的二氧化钛(TiO2)薄层,对Zn...     

基于N型纳米晶硅氧电子注入层的钙钛矿发光二极管

钙钛矿材料由于其禁带宽度可调、光致发光量子产率高、色纯高等优点,使得其在发光器件上具有巨大的应用潜力.电子注入材料是钙钛矿发光器件中的重要组成部分,特别是n-i-p型发光器件,其直接影响后面钙钛矿的生长情况.本文通过向钙钛矿发光二极管中引入一种新型电子注入材料,n型纳米晶硅氧(n-ncSiO_x:H)借助于n-nc-SiO_x:H薄膜平滑的表面,有效地提高了沉积钙钛矿薄膜的结晶质量,同时其能带结构更加匹配,有效地降低了电子的注入势垒.为了进一步提升器件性能,向钙钛矿材料中引入合适比例的甲基溴化胺(MABr)、氯苯反溶剂中引入一定量的苯甲胺(PMA),通过MABr和PMA的协同作用提高了钙钛矿薄膜的覆盖率,降低了钙钛矿薄膜表面的缺陷密度,抑制了钙钛矿薄膜退火过程中的发光猝灭,最终获得了最大电流效率为7.93 cd·A~(-1)、最大外量子效率为2.13%的n-i-p型钙钛矿发光二极管.     

2, 6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌的合成和光谱性能

合成了一种新型的蓝光发射材料2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌,并利用元素分析、红外光谱、UV-Vis吸收谱、荧光激发光谱和荧光发射光谱研究了其结构、光学特性、能级结构和发光机理。结果表明,2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌是一种三齿配体的发光材料。在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液体系中测定了材料的紫外吸收光谱,2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶的吸收峰波长主要为330,344nm;2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌的吸收峰波长主要为346,366nm。禁带宽度为3.01eV,在紫外光激发下,在DMF溶液体系中的荧光发射峰在458nm处,固态荧光发射峰在475nm,均为蓝色荧光,色纯度高,荧光量子效率高,其荧光发射主要来源于长波吸收带,最大波长吸收带对荧光发射贡献最大。有望通过合理的设计运用到有机电致发光器件中去。     

纯化9,10-二萘蒽对OLED器件光电性能的影响

合成了高稳定性蓝光主体材料9,10-二萘蒽(ADN),研究材料纯化对合成材料光电性能的影响。为进一步分析材料经升华提纯对有机电致发光器件性能的影响,以提纯前后ADN为发光层,以NPB为空穴传输层,分别制作双层器件Ⅰ(提纯前)和器件Ⅱ(提纯后),器件结构为ITO(100nm)/NPB(40nm)/ADN(30nm)/Alq₃(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm),结果表明提纯后材料PL(Photolum inescence)光谱蓝移了2nm,半峰全宽54.2nm,与提纯前一致;杂质影响载流子注入效率和迁移率,对器件光电性能有显著影响,纯化前后器件最大电流效率由1.5cd/A上升至2.5cd/A;器件Ⅱ色纯度有较大提高,CIE色坐标由器件Ⅰ(0.15,0.10)移至(0.15,0.06)。实验结果表明材料提纯是优化器件性能的有效手段之一。     

室温合成具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr3钙钛矿纳米片

通过配体辅助溶液相法,在室温下成功合成出一种具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr₃钙钛矿纳米片。该制备方法可以实现低成本、高质量CsPbBr₃纳米片的合成。实验结果表明,合成出的CsPbBr₃纳米片荧光发射峰位于526 nm,发射峰半高宽(FWHM)能够达到16 nm,纳米片的荧光量子效率(PLQY)高达87%。将CsPbBr₃纳米片应用于背光显示,实现了(0.145, 0.793)的绿光坐标,该色坐标覆盖近91%的Rec.2020绿光色域,色域范围优于目前报道的绿色荧光粉材料。此外,基于上述CsPbBr₃荧光纳米片,我们还成功构筑出一种白光LED器件,并测得该器件在20 mA驱动电流下的发光效率为39 lm/W。     

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23 000 cd/m~2。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m~2。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。     

Cr^(3+)、Yb^(3+)共掺杂LaSc_(3)(BO_(3))_(4)近红外荧光粉的发光与器件性能EI北大核心CSCD

荧光粉转换型宽带发射近红外LED在食品检测、生物医药、安防监控等领域具有重要的应用价值。本工作介绍了一种具有宽带近红外发射的LaSc_(3)(BO_(3))_(4)∶Cr^(3+)(LSB∶Cr^(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,其发射覆盖650~1200 nm范围,半高宽达到170 nm。在此基础上,通过Yb 3+共掺,有效提升了其发光性能,其中发射峰半高宽拓宽到223 nm,最高发光量子产率由14%提升至35%,发光热稳定性也得到显著提高。基于荧光粉的发光量子产率、荧光寿命和发光热稳定性等数据分析,发现Yb^(3+)共掺杂对材料发光热稳定性的改善主要源于Cr^(3+)与Yb^(3+)之间的高效能量传递,并且Yb^(3+)在基质材料中表现出更好的热稳定性。最后,将LSB∶Cr^(3+),Yb^(3+)荧光粉与蓝光LED芯片结合,制备成近红外LED器件,在60 mA驱动电流下,近红外输出功率达16 mW。以上结果表明,LSB∶Cr^(3+),Yb^(3+)荧光粉是一种潜在的近红外LED用发光材料。