高稳定性钙钛矿量子点的制备及其光电性能研究

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全无机的CsPbX3(X=Cl、Br、I)钙钛矿量子点因具有窄带发射,发射光谱、禁带宽度随卤素组成可调以及荧光量子产率高等优点而有望用于照明、显示和太阳能电池等领域。然而,钙钛矿量子点因受湿度、光照及热辐射后的发光不稳定性以及自身的离子交换性问题严重阻碍了钙钛矿量子点在光电器件领域的实际应用。尤其是钙钛矿量子点在LED应用中,因受到LED芯片连续工作后的光照和热辐射后,导致钙钛矿量子点团聚或结构逐渐降解,使得LED发光强度快速衰减;或者,因不同卤素组分的钙钛矿量子点间发生的自身离子交换,使LED器件在工作过程中发射峰位偏移,严重影响LED器件的工作性能。因此,研究高稳定性发光的钙钛矿量子点,对于钙钛矿量子点的实际应用具有非常重要的意义。本文主要围绕如何通过构建有机或无机物保护的钙钛矿量子点复合发光材料来提升钙钛矿量子点的发光稳定性的课题来开展研究。本论文的主要研究内容概述如下:(一)创新性地提出了一步制备高稳定性发光的CsPbBr3钙钛矿量子点/乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)柔性复合膜的策略。该策略的关键在于CsPbBr3钙钛矿量子点的过饱和析晶的过程和EVA的溶解过程能同时在甲苯中实现。制备的CsPbBr3/EVA复合膜显示了超稳定的绿色发光及柔性发光性能。本章提出的简单而巧妙地制备高稳定性发光的CsPbBr3/EVA柔性复合膜将促进钙钛矿量子点在照明和柔性显示等领域的实际应用。(二)采用二维的六方氮化硼(h-BN)纳米片,通过室温下异相成核的方法,形成h-BN/CsPbBr3钙钛矿量子点纳米复合材料。利用h-BN较大的比表面积和自身良好的热导性能,制备出了发光性能稳定的h-BN/CsPbBr3钙钛矿量子点纳米复合材料。探究了 h-BN/CsPbBr3钙钛矿量子点纳米复合材料的发光稳定性机理,并探讨了该复合材料在照明和显示上的应用潜力。(三)选择具有离子交换性、选择性吸附和热稳定性高的磷酸氢锆(α-Zr(HPO4)2·H2O,简写为:α-ZrP)纳米片作为无机保护基质,通过Cs+离子与α-ZrP表面H+的交换以及α-ZrP对Pb2+的高选择性吸附功能,使生成的钙钛矿量子点锚碇在α-ZrP表面,显著提高了钙钛矿量子点发光的空气存储稳定性和热稳定性能。(四)将具有下转移功能的钙钛矿量子点与设计了金字塔微结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)减反膜结合,利用PDMS膜的减反作用和钙钛矿量子点发光的下转移作用,最终将硅太阳能电池的净效率提升了1.56%。并且,该复合膜经过在空气中存储7天后,仍能很好保持对硅太阳能电池效率的提升作用,说明了PDMS膜包覆的钙钛矿量子点复合膜具有良好的发光稳定性。
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