Description | 金属卤化物钙钛矿量子点（PeQDs）是一种新型的光电纳米材料，其具有光致发光量子产率（PLQY）高、发光（PL）峰窄（半峰全宽约为15-40nm，甚至比传统量子点更窄）、光谱可调、色域宽和载流子迁移率高等优点。基于这些优点，PeQDs在发光二极管（LED）和太阳能电池中有良好的发展前景。自2014年以来，仅仅经过8年光景，基于PeQDs所制备的LED和太阳能电池的效率已接近商用标准。然而，由于PeQDs容易受到水、光和热等环境因素的影响，导致材料本身容易发生结构的转变，提高PeQDs本身的稳定性依然是当前研究的热点。目前，大多数研究主要聚焦于单卤素深红色发射的PeQDs，但是基于Rec.2020显示应用标准的需求，需要通过混合卤素的方法将光谱调整至纯红色发光波段，CsPbBrxI3-x PeQDs具有最佳的带隙结构，因此是纯红光发射的最佳候选者，但是受制于材料本身和器件结构的影响，其制备的LED和太阳能电池的效率和稳定性仍然需要进一步提升。针对上述问题，本论文以提高混合卤素CsPbBrxI3-x PeQDs的发光性能和稳定性为旨，同时提高它们所制备的LED和太阳能电池的效率和稳定性为目标，开展了相关研究，并取得了一定的成果：
（1）首先通过热注射法制备出接近Rec.2020标准的红色CsPbBrxI3-x PeQDs。其次采用ITO/PEDOT:PSS/poly-TPD/PeQDs/TPBi/CsF/Al的器件结构制备了PeQDs发光二极管（PeLED）。根据器件的物理学模型，模拟了电子和空穴的注入状态和复合状态，通过水稀释方法调整PEDOT:PSS薄膜的厚度实现电子和空穴的注入平衡以及改善光提取效率，从而提高PeLED的发光效率。结果显示，当PEDOT:PSS薄膜的厚度接近40nm时所制备的PeLED显示出最高的EQE（3.44%）以及最大的亮度（2676cd/cm2）。
（2）采用热注射法制备In3+离子掺杂混合卤素CsPbBrxI3-x PeQDs。通过一种无毒且离子半径相对于Pb2+离子稍小的In3+部分取代Pb2+离子获得了接近100%的PLQY和超稳定的纯红色发光的CsPbBrxI3-x PeQDs。利用第一性原理计算可知，In3+掺杂可以有效的增加CsPbBrxI3-x PeQDs的形成能，显著增强PeQDs的稳定性，使In3+掺杂的CsPbBrxI3-x PeQDs溶液在大气环境下可以保持半年以上的红光发射；同时CsPbBrxI3-x PeQDs薄膜暴露在大气环境下11天仍然保持明亮的纯红色发光。基于In3+掺杂CsPbBrxI3-x PeQDs作为发光层，制备了纯红色CsPbBrxI3-x PeLED，其色度坐标为（0.70,0.29），最大亮度和EQE分别为423cd m-2和11.2%。此外，In3+掺杂的PeLED也显示出比基础器件更加出色的器件稳定性。
（3）从配体化学的角度出发，采用2-萘硫醇（2NT）作为配体钝化修饰CsPbBrxI3-x PeQDs，有效地提高了CsPbBrxI3-x PeQDs的水稳定性和导电能力。2NT钝化的CsPbBrxI3-x PeQDs薄膜在水中浸泡45min后，发光性能和相结构依然保持不变。同时，2NT配体还可以提高CsPbBrxI3-xPeQDs的发光性能，经过2NT钝化的PeQDs显示出85%的PLQY和134.26ns的平均寿命，这说明PeQDs经过钝化后表面缺陷显著降低。PeQDs显示出出色的光稳定性，经过紫外光照10h后仍然可以保持原有的明亮发射。基于2NT钝化的CsPbBrxI3-xPeQDs作为发光层，PeLEDs器件展现出最大亮度和EQE分别为736cd m-2和13.07%。
（4）将具有优异导电性和稳定性的2NT钝化的CsPbBrxI3-x PeQDs（2NT-PeQDs）通过改进的旋涂工艺附着于容易发生相变的CsPbBrxI3-x（x?1）钙钛矿薄膜，进而提高薄膜的稳定性。结果表明2NT-PeQDs作为晶种提高了钙钛矿太阳能电池CsPbBrxI3-x（x?1）薄膜的结晶性能，并且减少了钙钛矿薄膜的晶界和晶面缺陷，而且还可以通过抑制CsPbBrxI3-x薄膜的相分离增加薄膜的环境稳定性。有趣的是引入2NT-PeQDs后，钙钛矿太阳能电池中CsPbBrxI3-x（x?1）薄膜的PL强度和载流子寿命明显增加，并不会牺牲薄膜的导电能力，增加了所制备太阳能电池的开路电压和短路电流密度，从而使钙钛矿太阳能电池的PCE从7.57%显着提高至12.45%。 |
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