高效稳定的有机主体-钙钛矿量子点掺杂体系及其发光二极管研究

Among the new luminescent materials, perovskite quantum dots have become a research hotspot in recent years because of their excellent luminescent properties. However, the problems of ligand desorption and particle aggregation seriously restrict the further improvement of the light-emitting efficiency and working stability of the devices. Therefore, it is the key to improve the luminescent performance of the device by the effective confinement of its morphology without affecting the charge injection characteristics. Introducing organic host materials commonly used in OLED into the luminescent layer can realize effective dispersion and coating of perovskite quantum dots, efficient energy transfer, as well as charge balance and spectral adjustability of the devices. On the basis of optimizing perovskite quantum dot components and ligands, through the rational selection of organic host materials and the control of host-guest doping ratio, the relationship and working mechanism between organic host and perovskite quantum dots in morphology constraints, charge injection, energy transfer and other aspects are clarified, and their influences on the luminescent properties of the devices are studied. At the same time, by adjusting the charge transfer characteristics of organic materials, the charge transfer balance of the device can be achieved, and the luminous efficiency and working stability of the device can be improved at the same time. Finally, by adjusting the proportion of different light-emitting materials, the spectrum of the device can be adjusted and the white light output can be achieved, which will lay a solid foundation for the practical application of perovskite quantum dots light-emitting diodes.

在新型发光材料中，钙钛矿量子点因其卓越的发光性能而成为近年来研究的热点。但是，配体脱附和颗粒团聚等问题严重制约了其器件发光效率和工作稳定性的进一步提高。因此，在不影响电荷注入特性的同时实现对其形貌的有效约束是提高其器件发光性能的关键。在发光层引入OLED中常用的有机主体材料，能够实现对钙钛矿量子点有效的分散和包覆、高效的能量转移以及器件的电荷平衡和光谱可调。本课题拟在优化钙钛矿量子点组分和配体的基础上，通过对有机主体材料的合理选择以及主客体掺杂比例等的调控，阐明有机主体与钙钛矿量子点在形貌约束、电荷注入、能量转移等方面的相互关系及作用机制，并研究其对器件发光性能的影响。同时，通过调节有机主体材料的电荷传输特性，实现器件的电荷传输平衡，进而同时提升器件的发光效率和工作稳定性。最后，通过对不同发光材料比例的调控，实现器件的光谱可调及白光输出，从而为钙钛矿量子点发光二极管的实际应用奠定坚实基础。

本项目针对钙钛矿量子点因配体脱附和颗粒团聚等问题对其器件发光效率和工作稳定性的制约，提出了在发光层引入OLED中常用的有机主体材料，从而实现对钙钛矿量子点有效的分散和包覆、高效的能量转移以及器件的电荷平衡和光谱可调。在钙钛矿量子点的合成优化方面，本项目研究了不同前驱体组分对合成的钙钛矿量子点形貌、物相、发光光谱、稳定性等的影响，以及不同链长的配体对钙钛矿量子点的合成机理、电荷注入特性、成膜特性和稳定性等的影响，并成功实现了PLQY>90%的钙钛矿量子点的合成。在主客体掺杂方面，本项目研究了不同有机主体材料对钙钛矿量子点的分散性、稳定性、载流子的传输及注入特性、能量转移效率以及器件发光性能等的影响，以及不同掺杂比例对钙钛矿量子点及其薄膜的形貌稳定性和器件发光性能等的影响。由于有机主体材料对器件的电学性能影响较大，本项目通过材料筛选和参数调控之后目前尚未找到合适的匹配体系。但我们通过尝试不同的材料体系如准二维钙钛矿体系，并通过离子掺杂等手段，已经实现了EQE=18.92%和T50=39min的绿光器件。同时，我们还通过引入短链配体实现了116612cd/m2的最大亮度，并通过界面修饰等手段实现了EQE=16.96%和T50=3.16h的钙钛矿量子点发光二极管。这些工作在实现既定器件效率目标的同时，也为进一步提高钙钛矿发光二极管的器件性能提供了新的思路。此外，在光谱调节方面，我们也以卤素掺杂和配体调控等手段实现了红、绿、蓝等光谱可调的钙钛矿量子点发光二极管以及绿光和蓝光的准二维钙钛矿发光二极管。同时，我们还证明了量子点和有机发光材料之间的协同作用可以获得白光发射。项目的相关成果已发表4篇SCI论文，并另有3篇在投。