面向电致发光应用的钙钛矿量子点薄膜光电性质研究

Compared to conventional CdSe based quantum dots (QDs), organic-inorganic hybrid perovskite QDs take advantages in terms of easy fabrication, low-cost, narrow full width at half maximum (FWHM) and broad color gamut, which is promising for display application. The surface ligands influence the diffusion and transporting of excitons and the injection and recombination of charge carriers in QD thin films thus determine the electroluminescent performance of QD-based light-emitting diodes (QLEDs). In this project, we propose to investigate the optoelectronic properties of perovskite QD thin films using time-resolved photoluminescence and transient electroluminescence techniques. The relations between the photo- and electro- luminescent properties and surface ligands will be investigated. Furthermore, high-efficient QLED devices of all three primary colors will be achieved through optimizing the carrier transportation and balancing the carrier injection. This project involves cross-discipline scientific issues such as QD synthesis, surface/interface engineering, spectroscopic approaches and electroluminescent applications. The goal of this project is to develop a series of transient optoelectronic testing approaches and lay the foundation for high performance electroluminescent devices.

与传统CdSe类量子点材料相比，有机无机杂化钙钛矿量子点具有制备工艺简单、成本低廉、发光半峰宽较窄、色域宽广等优点，在显示领域具有应用潜力。表面配体对量子点薄膜内的激子的扩散、输运以及载流子的注入、复合等过程具有影响，是决定量子点电致发光性能的重要因素。本项目拟利用时间分辨荧光光谱和瞬态电致发光光谱技术，对钙钛矿量子点薄膜的光电性质进行研究；通过考察表面配体对于钙钛矿量子点薄膜发光性能的影响，建立钙钛矿量子点光致和电致发光性能与表面配体种类之间的关联；在此基础上，通过优化载流子的输运，平衡载流子的注入，获得高性能的红、绿、蓝三色的钙钛矿量子点电致发光器件。项目的开展将会涉及量子点合成、表面界面工程、光谱性质以及电致发光器件等多学科交叉科学问题，并发展出一整套瞬态光电子学实验方法，为高性能电致发光器件奠定基础。

金属卤素钙钛矿量子点由于其荧光量子产率较高、发光峰连续可调、尺寸均一等特点，是理想的发光材料，特别在高性能显示领域有极大的应用潜力，同时其电致发光应用也在近几年取得了重大的突破。本项目的开展紧密围绕钙钛矿量子点薄膜及电致发光器件的制备、表征和器件物理研究手段开发的主要研究内容。重要结果包括：1）发展了相分离乳液法钙钛矿量子点制备方法和原位钙钛矿量子点薄膜制备方法；探究了片上原位成膜过程中的溶剂效应。2）基于原位制备技术的绿光钙钛矿量子点电致发光器件最高电流效率突破66 cd/A，最高外量子产率超过16%，为论文发表当时所报道的最高绿光发射钙钛矿电致发光结果；在此基础上优化了原位成膜的衬底处理工艺，提高了载流子注入效率；红光钙钛矿量子点电致发光器件的最高外量子产率突破了15%；实现了符合显示应用中的蓝光波长需求的纯溴体系的蓝光钙钛矿电致发光器件。3）在上述研究中针对器件工作机制，本项目开发了基于电化学阻抗谱的电致发光器件载流子输运性能评估手段；发展了一套高频瞬态电致发光测量系统，可用于分析电致发光器件的载流子传输、注入、复合过程。依托本项目共发表SCI论文11篇，特别是基于在原位钙钛矿制备技术方面的积累，本人受邀在国际著名期刊Advanced Optical Materials上撰写了关于钙钛矿原位制备的进展报告综述性论文，文章总结了不同的原位制备策略和器件应用方向，并对原位钙钛矿制备技术的未来发展方向提出了前瞻性观点。项目期间所取得的成果，特别是原位钙钛矿电致发光器件制备技术获得了广泛的关注，与京东方科技集团签订了相关合作协议并完成既定指标，申请发明专利4项。项目期间培养博士生2名，硕士生2名，协助培养博士生4名，其中2名已经取得博士学位。在国内外学术会议和主要学术单位上做学术报告或讲座共计13次。