基于金属卤化物钙钛矿材料的高效发光二极管

金属卤化物钙钛矿半导体既在光伏器件研究中获得巨大进展,又在发光应用中体现出明显优势。金属卤化物钙钛矿半导体的荧光转化效率高、发光峰形窄、发射光谱可调控并可覆盖整个可见光范围,从而使得该类材料所制备的发光二极管有望满足下一代显示技术应用的性能要求。文章在简要叙述发光二极管基本原理的基础上,分别介绍了钙钛矿材料的结构和荧光特性、钙钛矿发光二极管的电致发光特性,以及钙钛矿发光二极管进入实际应用所必须解决的器件寿命、离子迁移和光谱不稳定性等主要技术问题,最后讨论了钙钛矿发光技术所面临的机遇和挑战。     

非磁性发光材料的磁场效应:从有机半导体到卤化物钙钛矿

磁场效应(magnetic field effects, MFEs)指的是材料或器件的光电物理特性(包括光致发光、电致发光、注入电流、光电流等)在外加磁场下发生的变化.本文所述的是非磁性发光材料的MFEs,其首先在有机半导体光电器件中被发现.近十几年来, MFEs作为一种新兴的物理现象引起了广泛的研究;同时它也成为一种独特的实验手段,用以探讨有机半导体中电荷的输运、复合以及自旋极化等过程.近期的研究发现, MFEs不仅存在于有机半导体中,而且在拥有强自旋-轨道耦合作用的金属卤化物钙钛矿材料中被观测到,这既拓展了MFEs的研究方向,也为通过研究MFEs来探索金属卤化物钙钛矿器件的物理机制,进而为提升其器件性能提供了契机.本文重点关注有机半导体和卤化物钙钛矿在磁场下的电致发光和光致发光变化,即发光的磁场效应.回顾了到目前为止主流的理论模型和代表性实验现象,对比分析了磁场下有机半导体和卤化物钙钛矿的发光物理行为.以期为有机及钙钛矿磁场效应领域的研究提供一些思路,同时为有机及钙钛矿发光领域的发展贡献些许想法.     

金属卤化物钙钛矿纳米光电材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿广泛应用于太阳能电池、发光二极管和纳米激光器等领域,引起了科学家们极大的兴趣.纳米材料由于具有量子约束和较强的各项异性,表现出与普通块体材料不同的光学和电学性质.金属卤化物钙钛矿纳米材料具有可调节带隙、高量子效率、强的光致发光、量子约束效应和长的载流子寿命等优点,并且其成本低、储量丰富、易于合成多种化合物,有很广阔的光电应用前景.但另一方面,钙钛矿由于表面存在陷阱缺陷状态以及晶体边界导致稳定性较差,环境中的水、氧气、紫外线和温度等因素会使其光电性能大幅度降低.本文介绍量子点、纳米线、纳米片钙钛矿纳米材料的合成与生长机制,并且讨论其新奇的光电性能及在各种光电设备中的应用.最后总结了钙钛矿材料新出现的挑战并讨论了下一代金属卤化物钙钛矿光电设备应用.     

金属卤化物钙钛矿光催化材料研究进展

发展绿色、环保、可持续的化学过程是当今环境、能源、化学学科面临的重大挑战。太阳能驱动光催化实现化学燃料制备、降解环境污染物、高附加值产物转化是解决目前面临的能源和环境问题的一条有效途径。近年来,金属卤化物钙钛矿材料作为一种新型高效的光催化材料受到了广泛关注。本文系统地阐述了金属卤化物钙钛矿材料在光催化析氢、光催化CO₂还原和光催化有机物转化中的研究进展,讨论了金属卤化物钙钛矿的光催化作用机理和面临的困难,最后对金属卤化物钙钛矿光催化材料的发展方向进行了分析和展望。     

稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展

铅卤化物钙钛矿作为一类新兴的光电子材料表现出了卓越的光学、电学性能,在太阳能电池、发光二极管、光电探测器以及激光等领域产生了广泛而重要的应用,引起万众瞩目。稀土是元素周期表里一类特殊材料,从57号到71号元素,具有4fⁿ和4f^n-15d电子组态。如果将稀土和钙钛矿材料以及器件相结合,会孕育出怎样的新生儿呢？本文旨在结合作者在相关领域开展的工作及取得的经验,简单梳理该领域近年来取得的进展,剖析未来所面临的问题和挑战。本文不以总结纷繁复杂的个性化现象为要扼,而以探讨具有普遍意义的共性问题为宗旨。在资料选取上,或许失之偏颇,有严重的“王婆卖瓜”之嫌,请读者慎思明辨。     

新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展

零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系,它们具有独特的"主-客"体结构,即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中.这种具有相对较"软"晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons,STEs)复合,其通常呈现出宽带发射...     

金属卤化物钙钛矿半导体中的自陷激子

在极性晶体中,由于强电子–声子耦合,激发的电子–空穴对可以被晶格畸变产生的形变势场所俘获,形成自陷激子。金属卤化物钙钛矿半导体作为一种离子晶体已经被证实具有高效的自陷激子发光,成为制备新一代高质量白光光源的理想候选材料。然而,对于金属卤化物钙钛矿中自陷激子发光机制的理解仍然较为匮乏,远远落后于器件方面的发展。为此,本文主要从自陷激子的基础物理角度出发,总结了近年来关于金属卤化物钙钛矿半导体中自陷激子的形成条件、形成机制以及相关激发态动力学的研究进展,并对未来基于该体系中自陷激子机理方面的研究做出展望,从而为该体系中自陷激子的研究提供更加清晰的物理图像。     

联苯乙烯类蓝色发光材料DPVBi的合成及发光性质研究

合成了联苯乙烯类蓝色有机发光材料DPVBi[4，4′-二(2，2-二苯乙烯基)-1，l′-联苯]，用^1H-NMR，IR，元素分析等方法对其结构进行了表征。以DPVBi作发光层制备了电致发光器件，其结构为：ITO／CuPc／NPB／DPVBi/Alq3／LiF／Al，研究了器件的电致发光性质。器件最高亮度达4 373cd/cm^2，最大流明效率为1．24 lm／w，在20mA／cm^2电流密度驱动下的亮度为434cd／cm^2，CIE色坐标为x=0．15，y=0．16，器件的蓝色发光具有较好的色纯度。重点对器件发光色度的稳定性进行了研究，结果表明，随电流密度(4～4 000mA／cm^2)的变化，器件色度具有很好的稳定性。     

新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展EI北大核心CSCD

零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系,它们具有独特的“主-客”体结构,即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中。这种具有相对较“软”晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons,STEs)复合,其通常呈现出宽带发射,且具有大的斯托克斯位移。通过筛选不同的及多样化构型的金属卤化物多面体,将其与合适的有机阳离子或者Cs+等组合,可形成多种新型结构的0D金属卤化物,并实现丰富的STEs发光特性,其可调节的荧光发射不仅可以覆盖整个可见光区,还可实现单相白光或近红外发光,成为光致发光材料研究领域的一个热点和重点。基于此,本文结合本课题组在该领域的研究工作基础,首先讨论了0D金属卤化物的光致发光机理;其次,介绍了具有不同多面体构型的0D金属卤化物材料的发光特性及应用;最后,总结了0D金属卤化物目前亟待解决的关键科学问题,并对0D金属卤化物的未来发展方向进行了展望。     

硅基发光材料研究进展

微电子技术是高技术中的关键技术，硅是微电子技术的基础材料，但是硅是一种非发光材料，为了发展光电集成技术，必须大力发展硅基发光材料，多孔硅是一种有希望的硅基发光材料，它表明纳米晶粒中的量子限制效应对光发射是极有效的，随之涌现出一系列量子限制硅基发光材料，为发展光电子集成提供了新的途径。     

钙钛矿发光:多学科深度交叉融合EI北大核心CSCD

现代科学既高度分化又高度融合,多学科交叉极大地推动了科学的进步,不断孕育出新的研究范式和变革性科技。本文基于作者自身的研究经历,以钙钛矿发光器件的构筑和出光结构为切入点,阐述多学科深度交叉融合在钙钛矿发光的发展中所起的推动作用。     

低价稀土卤化物相图和高效率发光材料的研制与开发

本文介绍了REX2-AX二元体系低价化合物相图研究及其对合成三元低价稀土卤化物的指导作用。根据Kutscher的阴阳离子库仑引力的经验规律，对REI2-AX体系相图初步进行了分类，并确定了生成化合物的K值界限。对相图上存在的化合物的性质、价态和结构进行了研究、开发与应用。实验证明，低价稀土碘化物具有很好的发光特性，是高效率的发光材料，而且有些低价稀土碘化物具有优良的导电性。     

以蓝色发光材料DPVBi为基质的白色发光器件

白色有机发光器件是实现彩色平板显示的重要方案之一。利用蓝色发光材料DPVBi[4，4′—(2，2—苯乙烯基)—1，1′—联苯]掺杂红光染料DCJTB[4—氰甲烯基—2—叔丁基—6—(1，1，7，7—四甲基久洛尼定基—9—烯炔基—4H—吡喃)]作发光层制备了白色发光器件。研究了DPVBi掺杂不同浓度IDCJTB薄膜的光致发光性质，根据光致发光结果，制备了以DPVBi掺杂不同浓度DCJTB作发光层的电致发光器件，其结构为ITO／GuPc／NPB／DPVBi：DCJTB／Alq3／LiF／Al。当DCJTB质量分数为0．0008时，器件实现了白色发光(色度x=0．25，y=0．32)，电致发光和光致发光的掺杂比例基本相符，表明器件的白色发光主要是由基质DPVBi向掺杂剂DCJTB的能量传递产生的。研究还发现：白色器件随电压升高，光谱中蓝色成分相对于红色成分的比例略有增加，文章对此现象进行了分析。该白光器件在14V时达到最高亮度7822cd／cm^2，在20mA／cm^2电流密度下的亮度为-489cd／cm^2，最大流明效率为1．75lm／W。     

过渡金属配合物TADF发光材料研究进展

高效率利用三重态激子发光是制备高性能有机发光二极管（OLED）的关键。除磷光过渡金属配合物外,具有热活化延迟荧光（TADF）特性的过渡金属配合物能够将三重态激子上转换为单重态激子,进而通过单重态激子辐射发光,为开发金属配合物发光材料提供了新的途径。然而,过去十年来OLED发光材料的研究主要聚焦在纯有机TADF体系上,过渡金属配合物TADF材料的研究投入相对偏少。但是,已有研究表明金属配合物能够利用金属的重原子效应促进反向系间窜越（RISC）过程,提升TADF发光效率并缩短TADF寿命,有利于制备高效率、低滚降的OLED。本文根据金属中心不同的d电子构型分类筛选了TADF金属配合物研究领域中代表性的材料体系,对其激发态属性、光物理和器件性能进行了概括和讨论。通过对不同类型的TADF金属配合物发光性能的归纳和比较,揭示了金属中心和配体结构对配合物发光性质的影响规律,对进一步开发高性能的金属配合物TADF材料,尤其是基于廉价金属元素的TADF配合物具有重要的指导意义。     

有机薄膜材料的电致发光

有机薄膜材料的电致发光具有低压直流驱动、高亮度、高效率、多色、可制成大面积等优点 ,近几年来取得突破性的进展引起了越来越多的关注和兴趣。本文主要介绍了它的发展历程、器件的结构与材料、发光的基本原理等     

以硫氰酸亚铜作为空穴注入层的钙钛矿发光器件

同有机电荷注入材料相比,无机电荷注入材料具有许多优良的性质,包括高载流子迁移率、良好的稳定性、制备简单和成本低廉等,其在光电器件中的应用备受瞩目。本文采用硫氰酸亚铜(CuSCN)作为有机金属卤化物钙钛矿发光器件的空穴注入层,研究了在其上涂敷钙钛矿薄膜的形貌、晶体结构和光物理性质,并与在普遍采用的导电聚合物空穴注入层上制备钙钛矿薄膜的特性进行了比较。实验结果表明,CuSCN对钙钛矿发光具有显著的猝灭作用,在CuSCN与钙钛矿层之间加入有机间隔层能够明显提高钙钛矿薄膜的发光强度。在此基础上制备了以CuSCN作为空穴注入层的发光器件,器件的最大发光效率为11.7 cd/A,较采用导电聚合物作为空穴注入层器件的效率提高了近3倍,并且器件驱动稳定性也有一定程度的提高。     

PPV固态类阴极射线发光动力学的研究

制备了三种结构的薄膜电致发光器件，以PPV作为发光层，SiO2作加速层，证明了固态类阴极射线发光的存在，对其发光动力学中的一些问题进行了研究，固态类阴极射线发光这一现象将为形成一类新的平板显示技术的开创成为可能。