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。     

基于离子化合物的高性能钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿因其颜色可调、颜色纯度高、光电性能好而备受关注,因而广泛应用于显示、照明等领域.近年来,对于钙钛矿发光二极管(perovskite light emitting doides, PeLEDs)的研究也越来越热门,要获得高性能PeLEDs,其发光层-钙钛矿薄膜的质量是关键因素之一.本工作采用离子化合物四苯基氯化膦(tetraphenylphosphinium chloride, TPPCl)作准二维钙钛矿薄膜的添加剂,制作了具有双电子传输层的高性能准二维PeLEDs.其最佳器件的最大亮度(25285 cd/m²)、最大电流效率(65.9 cd/A)和最大外量子效率(17.3%)分别是控制器件的4.1, 7.2和7.2倍.通过对其光电性能提高的物理机理进行研究,发现TPPCl的引入不仅可以提高钙钛矿薄膜的质量,减少缺陷,还可以调节结晶相的分布,从而更好地将激子限制在发光层中,最终在能量漏斗效应的辅助下获得更好的光致发光和电致发光性能.     

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.     

用光伏效应研究有机薄膜电致发光器件中的接触性质

首次发现了有机薄膜电致发光器件的光生伏特效应,通过对器件的光电流响应谱的详细研究,分析了不同结构的有机发光器件中的有机半导体之间,以及有机半导体与电极材料之间的半导体接触性质,发现有机发光材料Alq3,有机空穴传输材料daimine与金属铝电极之间形成阻挡接触,是电致发光器件发光和产生光电效应的根本原因,而双层器件中有机层Alq3与diamine之间的结是双层器件产生高发光效率的原因,正是这种结在双层器件中起了局限载流子和激子的作用,使发光亮度大为提高,结合分区掺杂实验结果,给出了较完善的能带模型。     

有机-无机杂化钙钛矿中的自旋输运和磁场效应

有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)是现阶段较为新颖的光电子材料之一,已被广泛地应用于太阳能电池和发光领域。然而,该类材料已被证实具有较强的自旋轨道耦合和Rashba效应,并且具备较高的载流子迁移率和消光系数。因此,这为实现自旋注入和自旋调控提供了重要依据。本文从三个方面对有机-无机杂化钙钛矿的自旋光电子学展开论述,首先是自旋极化电子在钙钛矿自旋器件中的输运研究以及铁磁-钙钛矿自旋界面研究;其次,是该材料在激发态下的磁场效应研究;最后,就钙钛矿自旋光电子学未来发展进行了探讨和评论。     

用光伏效应研究有机薄膜电致发光器件中的接触性质

首次发现了有机薄膜电致发光器件的光生伏特效应，通过对器件的光电流响应谱的详细研究，分析了不同结构的有机发光器件中的有机半导体之间，以及有机半导体与电极材料之间的半导体接触性质，发现有机发光材料Ａｌｑ３，有机空穴传输材料ｄａｉｍｉｎｅ与金属铝电极之间形成阻挡接触，是电致发光器件发光和产生光电效应的根本原因；而双层器件中有机层Ａｌｑ３与ｄｉａｍｉｎｅ之间的结是双层器件产生高发光效率的原因，正是这种结在双层器件中起了局限载流子和激子的作用，使发光亮度大为提高，结合分区掺杂实验结果，给出了较完善的能带模型．     

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。     

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.     

磁场对基于Co铁磁薄膜的有机发光器件效率和电流的影响

制备结构为ITO/Co/NPB/Alq₃/LiF/Al的有机发光器件,测量了室温下磁场对器件发光效率和电流的影响.发现磁场强度小于80 mT时,器件发光效率随磁场强度的增加而增大,最大为18.8%,随磁场强度的继续增加发光效率的增强趋于饱和.效率的增加是Co的自旋极化的注入和磁场效应共同作用的结果,其中自旋极化注入起主要作用.在磁场强度小于60 mT时电流随磁场增强而增加,最大为6.9%,随磁场强度的进一步增加电流的增加有所减弱.产生这种现象的原因可归结为磁场相关的单线态极化子对的解 关键词： 有机电致发光 自旋极化 磁场效应     

磁场对有机电致发光的影响

制备了常规有机发光二极管ITO/NPD/Alq₃/LiF/Al，测量了该器件发光的磁场效应.发现尽管在1T范围内的磁场对发光层Alq₃的光致发光没有影响，但磁场作用下器件的电致发光(MEL)却呈现出明显的磁效应，且MEL与器件的偏压有很强的依赖关系：在小偏压时，随着磁场的增加MEL是单调递增，且在大小约为40kA/m的磁场下达到饱和，之后即使磁场增大到约1T 的情况下也没有变化；但当偏压变大时，MEL则呈现先增加，在40kA/m处达到峰值后却又减弱，而且偏压越大该MEL的减弱则越明显.对所观察到的实验结果进行了定形解释，即三线态激子相互淬灭产生单线态激子和三线态激子与器件中的非平衡载流子相互作用是此效应的物理机理. 关键词： 有机发光 磁场效应 激子淬灭     

溶剂效应对DCM发光特性的影响

有机发光二极管利用有机半导体光电功能材料的电致发光效应,具有许多优异性能,是新一代有发展前途的平板显示器件及光源。有机发光材料的光电特性、光物理、光化学过程直接决定了有机发光二极管的性能。利用荧光光谱方法观察典型高效有机小分子激光染料DCM在不同溶剂中的发光特性,研究其与溶剂分子的相互作用,即溶剂效应对其发光特性的影响。结果表明DCM溶液的荧光光谱中心波长随溶剂极性增大而红移,相对发光强度基本上随溶剂极性增大。同时,还观察了不同浓度DCM溶液的发光特性,研究DCM分子间相互作用导致的浓度猝灭效应,结果表明DCM溶液浓度为10^-6mol／L时,DCM溶液相对发光强度最大。     

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。     

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。     

亚波长介质光栅对单层过渡金属硫化物的发光增强

过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构,可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率.利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制,得到峰值为3.4倍的发光增强.研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号,通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性,为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.     

零维有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成、光物理性质及光电应用

零维（0D）有机-无机杂化金属卤化物作为一种重要的功能材料,由于其优异的发光特性,在照明、显示和X射线闪烁体等领域得到了广泛的关注。在0D有机-无机杂化金属卤化物中,金属卤化物多面体阴离子被有机阳离子包围并完全孤立,形成独特的“主-客体”结构。因此,0D有机-无机杂化金属卤化物通常表现出单个金属卤化物多面体的固有特性。然而,0D有机-无机杂化金属卤化物作为一种新兴的发光材料,除了包含显著的空间限域特征,其还有可调的微观相互作用,因此不同的成分对它们的发光物理机制具有显著的影响。基于此,本文首先介绍了0D有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成方法、晶体结构特征和发光物理机制;然后详细分析了0D有机-无机杂化金属卤化物发光物理机制的调控以及光电方面的应用;最后,对0D有机-无机杂化金属卤化物的未来应用和研究进行了总结和展望。     

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,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。     

掺杂PVK光电特性研究

将磷光材料三-（2-苯基吡啶）-铱[Ir（ppy）3]掺杂在聚乙烯基咔唑（PVK）中作为发光层,制作了多层有机电致发光器件。采用常规的光电测量方法,研究其光致发光及电致发光特性,得到了激子形成截面随电压的变换关系。     

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。     

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。     

新型蓝光OLED材料和器件

基于有机材料的电致发光技术可以应用于超薄平面显示和有机固体激光器等方面,在近20年来取得了飞速的发展,基本实现了红、绿、蓝三基色发光.绿色材料发展最快,基本达到了商业化实用阶段,而红色和蓝色材料的问题较多,特别是稳定、高效率的蓝光更具有挑战性.综述了近期我们对蓝光材料的分子设计与合成,以及蓝光器件的一些研究.主要包括金属络合物2,3-二甲基-8-羟基喹啉锂和聚芴衍生物树枝状的聚芴化合物的蓝光材料,以及利用基激复合态实现蓝光的电致发光器件.通过光致发光、电致发光光谱以及电压-电流-发光亮度特征曲线等研究了这些发光材料和器件的性质.现在蓝光器件的色纯度和工作寿命还有待提高.