高效全无机铅卤钙钛矿量子点/有机磷酸盐复合发光材料的合成、发光稳定性及背光显示器件

All inorganic halide perovskite quantum dots (IPQDs), CsPbX3(X = Cl, Br, I) have attracted attention due to their promise for use in application in quantum dots light-emitting diodes (QD-LED) devices. However, they suffer from issues related to poor stability and the reason have not been investigated. In this project, organic phosphoric acid are chosen as both the ligand for quantum dots (QDs) and the precursor for the alkyl phosphate to form composite phosphors. The phosphors not only retain excellent photoluminescence properties but also exhibit enhanced stability, which results from the protection of the alkyl phosphate. Based on our preparatory work, the influence of the structure, morphology, chemical composition and organic phosphates on the luminescence stability of the composites will be studied by optimizing the synthesis process of the composites to reveal the mechanism of the synthesis and stability of the composites. Finally, white light-emitting diodes with high efficiency, high stability and wide color gamut will be fabricated by using the composites as phosphors.

全无机铅卤钙钛矿量子点（IPQDs）是量子点显示技术的核心和关键材料之一，然而其在水、光和热等条件下的发光稳定性较差，且其具体原因尚未阐明。我们探索利用有机磷酸作为表面活性剂和前躯体制备出IPQDs嵌入有机磷酸盐的复合物，发现复合物不仅保持量子点优异的发光性能，而且其发光稳定性显著增强。据此我们预期有机磷酸盐的包裹及载体功能使量子点的发光稳定性显著增强。在前期预研的工作基础上，本项目拟通过优化复合物的合成工艺，研究复合物的结构、形貌、化学组成、有机磷酸盐对其发光稳定性的影响，揭示复合物的合成机理及稳定性提升的机制。解决全无机铅卤钙钛矿量子点发光稳定性较差的问题，实现对复合物的结构、形貌、发光性能及稳定性的调控和可控制备。最终制造出高稳定、高效及宽色域的白光LED器件，为量子点显示商业化提供科学依据和应用基础。

钙钛矿量子点具有发光可调性强、荧光量子效率高、色纯度高以及制备方法简单等优点，因而在LED显示领域具有广泛的应用前景。但是，钙钛矿量子点的稳定性较差，在光、热、水或氧的作用下，化学结构分解导致荧光猝灭。因此，亟需解决钙钛矿量子点的发光稳定性。. 本项目以有机磷酸酯、超疏水有机聚合物、溴化物（Cs4PbBr6、CsPb2Br5）等作为框架材料制备出钙钛矿量子点复合物。复合物不仅具有优异的发光性能，而且水、热稳定性显著提升。（1）采用有机磷酸同时作为表面活性剂和有机磷酸酯的前驱体原位制备绿色CsPbBr3钙钛矿量子点-有机磷酸酯的复合物（CsPbBr3/TDPA）。复合物不仅具有高荧光量子效率（68%）和窄发射（半峰宽仅22 nm）而且表现出较强的水稳定性和热稳定性。将复合物浸泡水中5小时或加热至400 K，其荧光强度分别仍可保持初始值的75%和43%。（2）采用物理吸附方法，将钙钛矿量子点嵌入超疏水有机聚合物表面孔道形成复合物。复合物不仅保持钙钛矿量子点的优异发光性能（荧光量子效率约60%，半峰宽仅16 nm），而且具有超疏水特性和超强的水稳定性。将复合物浸泡水中31天后，其荧光量子效率仍然保持初始值的91%。甚至浸泡半年后，复合物仍然发出明亮的绿光。（3）利用室温溶解-析晶法制备绿色CsPbBr3量子点嵌入Cs4PbBr6形成复合物，其荧光量子效率最高可达83%。在水作用下，CsPbBr3/Cs4PbBr6内CsBr快速脱落溶解水溶液中，[PbBr6]4-八面体转变为稳定的[PbBr8]6-十一面体，产生稳定的CsPbBr3/CsPb2Br5复合物。该复合物水溶液的荧光量子效率高的80%，半峰宽为16 nm。复合物分散水溶液21小时后，其荧光强度保持初始值的90%。最终，将绿色CsPbBr3钙钛矿量子点复合物作为绿色荧光粉与红光K2SiF6:Mn4+荧光粉以及蓝光LED芯片结合制备出白光LED器件。白光LED不仅具有高光效（50 lm/W）而且表现出超宽色域（127% NTSC, 95% Rec. 2020）。. 由此可见，通过以上策略可以显著改善钙钛矿量子点的发光稳定性，且基于钙钛矿量子点的白光LED具有较高的发光效率和超宽的色域，为我国钙钛矿量子点显示技术发展提供实验基础。