导读:本文包含了量子器件论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献,主要关键词:专利,量子点,光电器件
量子器件论文文献综述
陈迎春[1](2019)在《新型量子点光电器件专利分析》一文中研究指出分析了世界主要国家量子点光电器件专利情况,美国、韩国和日本量子点光电器件发展比中国快,但是中国未来发展潜力巨大;国外机构在量子点光电器件领域的专利申请有比较全面、完整的布局。对中国量子点光电器件发展提出了建议。(本文来源于《技术与市场》期刊2019年12期)
姚瑶[2](2019)在《基于配体钝化的高效、稳定有机-无机杂化钙钛矿量子点及其发光器件》一文中研究指出经过了近十年的研究与发展,钙钛矿太阳能电池的功率转化效率已从3.8%显着地提升到24.2%。钙钛矿材料不仅在光伏领域表现优异,在显示与照明领域也已崭露头角。钙钛矿量子点(PQD)因具有发光量子产率高(PLQY)、色纯度高、量子限域效应强以及激子结合能大等优异的性质在发光领域引起了研究者的广泛关注。然而,较多的表面缺陷及其诱导的非辐射复合仍是阻碍PQD实际应用的主要问题之一。这不仅降低了PQD的发光效率,还容易诱发团聚,导致其稳定性急剧下降。此外,以PQD为电致发光层的器件整体性能仍普遍较低,有待从器件制备工艺和结构优化等若干方面加以改进。针对上述问题,本文主要从量子点的合成、配体钝化、器件制备与电子传输层优化这四个方面分别对MAPbBr_3量子点发光器件的光电性能进行了改善。(1)改进合成方法以提升量子点PLQY:我们采用室温配体辅助再沉淀技术来合成MAPbBr_3量子点,离心后去除沉淀用于后续表征及器件制备。通过对CH_3NH_3Br:PbBr_2前驱体比例及溶液浓度的优化,减少了MAPbBr_3量子点的表面缺陷,提高了其荧光衰减寿命,得到了高PLQY的绿色有机-无机杂化钙钛矿量子点溶液。在此基础上,制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK/MAPbBr_3 QDs/TPBi/LiF/Al的钙钛矿量子点发光二极管(PQD-LED),其最大亮度及电流效率分别为845 cd m~(-2)和2.21 cd A~(-1)。(2)引入叁辛基氧化膦(TOPO)配体以提升量子点稳定性及发光效率:为了提高MAPbBr_3量子点的光学性能及稳定性,我们在合成MAPbBr_3量子点的非极性溶剂甲苯中添加了不同浓度的TOPO以钝化量子点的缺陷。实验结果显示,TOPO的最优化掺杂体积为100μL,且TOPO钝化的MAPbBr_3量子点的光致发光寿命达到了7.56 ns,较未钝化的量子点提升了65.8%。此外,通过对MAPbBr_3量子点溶液的稳定性测试表明,TOPO添加量的增加有助于提升溶液的稳定性。当TOPO的添加量为1 mL时,室温空气环境下的MAPbBr_3量子点的溶液稳定性超过了20天。在此基础上我们制备了与前一部分器件结构相同的PQD-LED,确定了TOPO的最优掺杂浓度,器件的稳定性和发光性能均有了明显的提升。器件半衰期由最初的44 s显着提升至7 min;器件的最大亮度、电流效率及外量子效率分别为1635 cd m~(-2)、5.51cd A~(-1)和1.64%,提升因子分别为93.5%、149.3%和168.9%。(3)采用电子传输层共混以提高器件性能:为了进一步提升PQD-LED的器件性能,我们引入B3PYMPM:TPBi替代第一部分器件结构中的纯TPBi作为电子传输层,制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK/MAPbBr_3 QDs/B3PYMPM:TPBi/LiF/Al的绿色PQD-LED。电子传输层的共混有效降低了器件中的电子注入势垒,促进了电子-空穴在发光层中的复合。单载流子器件表征结果显示,B3PYMPM:TPBi共混与单一材料的电子传输层器件相比更有利于平衡器件中的电子和空穴。优化后的PQD-LED的最大亮度、电流效率和外量子效率分别达到了2363 cd m~(-2)、6.24 cd A~(-1)和1.74%,较纯TPBi作为电子传输层的器件分别提升了44.5%、13.2%和6.1%。综上,我们通过优化MAPbBr_3量子点的合成方法,得到了能用于制备绿色电致发光器件的有机-无机杂化钙钛矿量子点;通过TOPO钝化提高了有机-无机杂化钙钛矿量子点的稳定性与荧光衰减寿命,分析了其钝化机理;利用电子传输层共混的方法进一步提升了PQD-LED的光电性能。本工作为制备出高质量胶体有机-无机杂化钙钛矿量子点溶液以及高性能电致发光器件提供了行之有效的解决方案。(本文来源于《南京邮电大学》期刊2019-12-09)
龚乐,杨蓉,刘瑞,陈利萍,燕映霖[3](2019)在《石墨烯量子点在储能器件中的应用》一文中研究指出石墨烯量子点(GQDs)作为新型碳基材料,由于其纳米级小尺寸而具有比表面积大、导电性高、透明性好、荧光性能独特等优点,是一种极具潜力的储能器件电极材料。GQDs与金属化合物、碳材料等形成具有叁维空间结构的复合材料,有利于电子扩散和离子传输,大幅度改善GQDs作为电极材料的实际应用性能。异原子掺杂型GQDs可提供较多活性位点,提高活性物质利用率。本文介绍了GQDs的合成策略,主要分为自上而下和自下而上法。不同制备方法对GQDs的粒径大小、表面缺陷位点和荧光特性等的影响也不尽相同。通过阐述近几年GQDs、掺杂型GQDs及其复合物在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池等能源器件方面的应用实例,表明具有量子限域效应和边界效应的GQDs基材料在新型储能器件中有巨大的应用潜力;通过深层剖析GQDs复合物的空间结构对储能器件电化学性能的影响,为今后深入研究奠定基础。此外,指出未来GQDs的发展方向是寻找快速、绿色环保的大批量合成方法,均匀、有效的掺杂或复合以及构建独特空间结构的电极材料,进一步提高其应用于储能器件时的电化学性能。(本文来源于《化学进展》期刊2019年07期)
韩昊轩,张国峰,张雪,梁恬恬,应利良[4](2019)在《低噪声超导量子干涉器件磁强计设计与制备》一文中研究指出超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device, SQUID)作为一种极灵敏的磁通传感器,在生物磁探测、低场核磁共振、地球物理等领域得到广泛应用.本文介绍了一种基于SQUID的高灵敏度磁强计,由SQUID和一组磁通变压器组成. SQUID采用一阶梯度构型,增强其抗干扰性.磁通变压器由多匝螺旋的输入线圈和大尺寸单匝探测线圈组成,其中输入线圈与SQUID通过互感进行磁通耦合.利用自主工艺平台,在4英寸硅衬底上完成了基于Nb/Al-AlO_x/Nb约瑟夫森隧道结的SQUID磁强计制备.低温测试结果显示,该磁强计磁场灵敏度为0.36 nT/Φ_0,白噪声段磁通噪声为8μΦ_0/√Hz,等效磁场噪声为2.88 fT/√Hz.(本文来源于《物理学报》期刊2019年13期)
谭智勇,曹俊诚[5](2019)在《基于太赫兹半导体量子阱器件的光电表征技术及应用》一文中研究指出光电表征技术是太赫兹应用技术的重要基础,涵盖了太赫兹频段光电器件表征、光谱测量、光束改善以及通信和成像应用等多个方面,在太赫兹应用领域中发挥着重要作用。介绍了太赫兹频段两种半导体量子器件的工作原理和最新进展,综述了二者在太赫兹脉冲功率测量、探测器响应率标定等光电表征技术中的应用及其在太赫兹快速调制与探测、太赫兹扫描成像系统中的应用,最后介绍了太赫兹光电表征技术的改善,包括激光源光束质量改善和探测器有效探测面积的提高方法等,并给出了器件及表征技术的潜在应用。(本文来源于《中国激光》期刊2019年06期)
王强[6](2019)在《新型低维纳米材料器件的量子输运性质研究》一文中研究指出在纳米材料和器件中各种量子效应开始发挥作用,使其具备了传统材料和器件不可比拟的优良特性和规律,在超级计算机芯片、能量存储与转换、传感器等领域有重要的应用,是当今科学研究领域的热点之一。不断探索和研究新型高效的低维纳米材料并通过对材料进行修饰、掺杂、构建异质结等方式提高并丰富其性能是目前亟需解决的问题。本文基于第一性原理计算方法系统地研究了几种新型的低维纳米材料的电子结构及其器件的量子输运问题,讨论了外部条件(如应力、偏压、门电压等)对其产生的影响,并深入分析了体系内部的物理化学机制,揭示了其在不同领域中的可能应用。本论文的主要研究内容和创新之处如下:(1)GeP_3纳米带的电子结构及其隧穿结的量子输运特性。研究发现,单层GeP_3纳米带表现出半导体性质,而叁层GeP_3纳米带表现出金属性。叁层-单层-叁层GeP_3纳米带隧穿结的量子输运行为取决于单层GeP_3纳米带和两端叁层GeP_3纳米带电极的连接方式,随着门电压增大,底层连接和中间层连接系统的电导增大,而顶层连接系统的电导减小;底层连接和中间层连接系统的I-V曲线近似呈线性,而顶层连接系统会出现负微分电导。(2)Au-叁角烯-Au分子结的纯自旋流和热电输运性质。结果表明,系统表现出良好的栅控自旋过滤效应,通过调控温差和门电压,能够得到纯自旋流和自旋依赖的热电势。通过温度、门电压和化学势的适当优化配置可以获得较高的自旋品质因子和相对很低的电荷品质因子。(3)新型层状KAgSe材料及其在光伏器件方面的应用前景。研究发现,单层KAgSe表现出较高的载流子迁移率和有效的可见光吸收,单层KAgSe纳米器件有较高的光电流,其光响应优于硫化物纳米器件和石墨烯纳米器件。二维层状KAgSe存在大小约为1.5 eV的直接带隙,处于激子太阳能电池候选材料的最佳带隙范围内(1.2~1.6 eV),并且带隙几乎是层独立的。这是论文的创新点之一。(4)一种新型硼化物横向异质结及其相关性质。结果表明,硼化物横向异质结具有适当大小的直接带隙、超高的载流子迁移率和有效的可见光吸收性能。用单层BP-BAs横向异质结搭建的纳米器件在可见光范围可以出现很大的光电流和光伏响应,在相同的外部条件下远大于MoS_2-WSe_2系统的光电流和光伏响应,这些重要参数影响太阳能电池的性能,预示了其在太阳能电池方面潜在的应用价值。这是论文的另一创新之处。(本文来源于《山西大学》期刊2019-06-01)
刘哲钦[7](2019)在《高效稳定的钙钛矿量子点的合成、表征及LED器件性能研究》一文中研究指出近年来,钙钛矿量子点因其具有优良的光电性能引起人们关注及研究。相对于传统无机半导体量子点,钙钛矿量子点具有更宽的发射波长可调节范围、优良的光电传输性能、以及合成简单、成本低廉等优点,在光电器件中具有良好的应用前景。但钙钛矿量子点受环境影响巨大,稳定性较差,空气、水等因素均可导致钙钛矿量子点发光效率下降甚至于完全猝灭。另外,在钙钛矿中存在阴离子交换作用,有可能使其在多色发光显示等方面应用受限。本论文从钙钛矿量子点的合成路线上入手,优化合成策略,调控配体及组成,对钙钛矿量子点实现精准包覆或掺杂,从而提高钙钛矿量子点的稳定性并保持其高的荧光量子效率。论文的主要工作及创新性如下:1.优化合成策略,改变传统合成路线,使用硅烷配体辅助法在室温空气中一步制备了二氧化硅包覆的钙钛矿量子点(MAPbX_3/SiO_2),创新性提出通过将前驱体中的硅烷单独溶解于甲苯从而减少其与DMF接触导致的提前水解,提高了合成出量子点的荧光量子效率。通过控制原材料比例,量子点的发光波长从460nm到662 nm可调,其蓝光,绿光,红光效率分别为56%,95%,70%,与已报道的钙钛矿量子点最高效率相近,其表面的SiO_2可大大提高量子点的稳定性,在空气中放置72 h后二氧化硅包覆的量子点荧光量子效率仅下降6%,而相同条件下MAPbX_3量子点效率下降36%;热稳定性研究表明,在60℃下加热30 min后,其发光效率为61%,而MAPbX_3量子点经相同处理后几乎完全猝灭。同时,二氧化硅包覆的量子点对极性溶剂的抗性也有显着提高。通过包覆SiO_2可阻止阴离子交换反应,因此可混合红色、绿色量子点与聚苯乙烯(PS)形成薄膜,使其覆盖在市售GaN蓝色发光二极管上制备了白光二极管,获得CRI为85,色温6581 K的白光。2.使用配体辅助再沉淀法在室温空气中制备了铕、锰共掺杂的有机-无机杂化钙钛矿MAPbI_3量子点。通过在前驱体中额外加入MnI_2和EuI_2并调节各组分的比例,可以获得不同掺杂成分及比例的红光发射钙钛矿量子点,其荧光量子效率可达75%左右,达到红光钙钛矿量子点的较高水平(包括全无机钙钛矿量子点)。元素分析显示量子点中成功掺杂了少量的Mn~(2+)及Eu~(2+)。相较于无掺杂的钙钛矿量子点,本工作合成的Eu~(2+)及Mn~(2+)共掺杂量子点稳定性有明显的提高:无掺杂量子点MAPbI_3在空气中放置40 h内几乎猝灭,而Eu~(2+)及Mn~(2+)共掺杂量子点在空气中放置96 h后仍保持19%的荧光量子效率。我们的工作为合成高亮度而稳定的掺杂钙钛矿量子点提供了一种简单且普遍适用的方法。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2019-06-01)
张斌[8](2019)在《硅基InAs量子点激光器器件制作及其性能测试》一文中研究指出随着微电子技术的持续发展,晶体管数目急剧增加,电互联空间急剧减小,芯片功耗和性能受到严重制约。同时随着互联网和物联网的发展,大量的数据需要通过数据中心的服务器处理,而服务器之间传统的电互联会产生大量的功耗。由此,对高速、大带宽、低功耗、低成本的互联技术提出了很大的需求。硅基光电技术可以实现高速、高集成度的光互联,同时可以用传统微电子CMOS工艺的制造,是实现片上光互连极具竞争力的解决方案。目前硅基光电子集成芯片中最大的挑战是片上光源的集成。片上光源的获得主要有键合技术和直接外延生长两种方式。键合技术较为成熟,但是由于其扩展性低的问题使得其不利于大规模集成。因此如果能采用直接生长的方式在硅基衬底上获得高质量III-V材料将会是硅基光电子集成最理想的解决方案。本论文在硅基、SOI基衬底上直接外延高质量InAs量子点发光结构的基础上,制备了不同形式的激光器器件,主要内容如下:通过微纳加工工艺制备硅基InAs量子点F-P腔电泵浦激光器。该激光器在室温下的阈值电流为190 mA,阈值电流密度为265 A/cm~2,对应谱峰的半高宽为0.1 nm,激光器的工作温度范围为-20℃~65℃。此外,研究发现封装工艺对激光器性能的发挥有很大的影响。通过微纳加工工艺制备硅基InAs量子点垂直腔面发射微腔激光器。该激光器实现低阈值功率(20μW)激射,在6 mW泵浦光下的半高宽为1.3 nm。在不同温度测试条件下,实现激光器在100℃激射,体现出器件有优异的温度稳定性。目前硅基光电子无源器件都是基于SOI衬底,因此实现SOI基光源是硅基光电技术发展中重要的一步。本文通过选用在SOI基直接生长的InAs量子点激光器结构,通过微纳加工工艺首次实现了SOI基InAs量子点微盘激光器的制备。该激光器的阈值功率为0.39 mW,对应谐振腔的品质因子(Q值)为3900。在相同条件下制备了Si基的InAs量子点微盘激光器,其阈值功率和Q值分别为0.38mW和3674。SOI和Si基InAs量子点微盘激光器的性能达到了相同结构的GaAs基InAs微盘激光器(阈值:0.33 mW和Q值:3550)几乎一样的水平。由此体现出本文的光泵浦SOI基InAs量子点激光器有优秀的性能,也反应出SOI衬底上生长的激光器结构有高晶体质量。综上,本文所采用的激光器制备方式对未来硅基光电子芯片中光源的集成有很大的应用潜力。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-06-01)
葛欢[9](2019)在《高质量超导薄膜生长及量子器件制备》一文中研究指出自1911年Onnes发现超导现象以来,人们对于超导电现象的本质和规律的探索从未停止。近年来随着低温技术的蓬勃发展,超导技术的实际应用成为了可能。在这些应用中,超导量子器件作为实现量子计算的有力竞争者受到了越来越多的关注。这其中,高质量的超导薄膜和器件的制备是决定量子比特性能的关键一步。本论文对高质量超导薄膜的生长,超导量子器件的制备及性能进行了系统的研究。结论主要有以下几个方面:通过优化本底真空,溅射气压,溅射时Ar和N_2比例,溅射功率等生长参数,我们获得了一系列不同厚度的高质量的超导薄膜。300 nm厚的NbTiN膜T_c达到15.5 K,表面粗糙度0.2 nm,超导转变宽度0.03 K。极低的表面粗糙度和极窄的转变宽度表明薄膜良好的均匀性,为超导隧道结等量子器件的制备提供了很好的基础。室温溅射生长在高阻Si衬底上的5 nm超薄NbTiN膜,T_c达到7.63 K,为单光子探测等器件的制备奠定良好的基础。为了研究薄膜的热稳定性,提高薄膜的超导特性,我们分别在纯氮气氛围和氮氢混合气体氛围下对NbTiN薄膜进行快速热退火处理。实验表明,在两种气体下进行快速热退火处理可以提高其超导转变温度。在氮氢混合气体中热退火处理效果更好。在85%N_2和15%H_2混合气体中,经过450℃快速热退火10 min的10 nm厚的NbTiN薄膜超导转变温度从9.6 K增加到10.3 K。利用激光直写,电感耦合等离子体刻蚀等技术,制备了高品质因子的超导共面波导谐振腔器件。通过比较不同衬底处理工艺,改变显影曝光参数,以及比较不同衬底刻蚀深度等制备参数,研究了影响超导谐振腔本征品质因子的主要原因。实验发现,衬底与薄膜界面存在的二能级系统对谐振腔的品质因子的影响巨大。在沉积薄膜前对Si衬底的表面进行钝化,去气处理将极大提高薄膜的品质因子。目前经过衬底表面处理以及衬底深度刻蚀等技术,我们制备的超导Nb膜共面波导谐振腔本征品质因子,在20 mK,近单光子水平下可以达到100万,最高达到150万量级。超导NbTiN薄膜共面波导谐振腔品质因子可以达到30万量级,对其性能的提高还在进一步的研究当中。应用磁控溅射的超导Nb膜在Si衬底上制备了结阵型约瑟夫森参量放大器,探索了在Si衬底上制备约瑟夫森器件的工艺流程及注意事项。应用Nb膜在Si衬底上制备超导量子比特,相比于Al膜在蓝宝石衬底上制备器件,由于无需单独制备一层金薄膜作为套刻定位,简化了量子比特的制备工艺。结阵型约瑟夫森参量放大器通过叉指电容替代平板电容,通过几个SQUID的串联获得大的电感,从而实现参量放大,简化了参量放大器的制备工艺。目前Si衬底上SQUID串联结的制备工艺基本成熟,对其性能进行了初步测试。应用湿法刻蚀技术尝试制备一种平面约瑟夫森隧道结。首先在衬底上生长一定厚度的InGaZnO无定形绝缘薄膜,通过微加工技术和湿法刻蚀方法,刻蚀获得内凹的台阶,在台阶两侧镀超导薄膜,通过控制台阶高度,薄膜厚度,内凹深度等方法在台阶处获得纳米量级的缝隙,可以在缝隙内填入待研究的纳米颗粒等对其隧穿性质进行研究。高质量的超导薄膜和量子器件是实现量子计算的关键和基础。本论文深入研究了影响薄膜质量和器件性能的各个参数,探讨影响器件指标的关键步骤和主要因素。通过优化镀膜参数,改进制备工艺,获得了高质量的超导薄膜和超导量子器件,为高质量量子比特器件的制备奠定了良好的基础(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-06-01)
吴华[10](2019)在《卤化铯铅钙钛矿量子点电致发光器件的研究》一文中研究指出钙钛矿量子点作为一种新型量子点材料,其发光波长在可见光波段可调、荧光光谱线宽窄,并且荧光量子效率高达90%,这些优异的发光特性使钙钛矿量子点成为在显示和照明领域最有应用前景的材料之一。我们合成了一系列不同带隙的全无机钙钛矿量子点(CsPbX_3,X=Cl,Br,I),并对其在电致发光二极管(light emitting devices,LED)中的应用展开了研究。在本论文的研究初期,钙钛矿量子点LED的报道非常少,电致发光的亮度和效率很低。除此之外,相对于传统量子点,钙钛矿量子点稳定性较差。基于上述问题,本研究以提升CsPbX_3量子点材料稳定性及其发光二极管工作性能为目标,从材料合成和器件结构两个方面提出解决方案,设计实验,并取得较理想的成果。以下是对研究内容的具体介绍。(1)量子点的表面配体组分和密度对其光电性质至关重要。在合成CsPbBr_3量子点的过程中,引入新的配体结构,进而实现对量子点表面配体组分和配体密度的调控。经过表面配体调控的CsPbBr_3量子点,其光电性质获得了明显改善,主要表现为:由于表面配体与量子点表面原子结合更加紧密,表面缺陷态也得到有效钝化,量子点溶液的放置稳定性得到改善,同时溶液的荧光量子效率由70%提升到96%;另外,表面有机长链配体密度的降低,也使得量子点薄膜具有更好的导电性。将经过表面调控的CsPbBr_3量子点应用于电致发光二极管器件,相比于未经表面调控的器件,发光性能得到明显增强,外量子效率提高了将近4倍。(2)在电子传输层ZnO纳米晶薄膜和发光层CsPbBr_3量子点之间引入Mg掺杂的ZnO(MZO)薄膜,优化了界面稳定性。通过研究不同浓度Mg掺杂ZnO薄膜的性质,我们发现Mg掺杂减少了ZnO纳米晶表面氧空位的密度,避免了ZnO表面吸附大量水氧分子导致对钙钛矿量子点的破坏,增强了薄膜的空气稳定性。同时,Mg掺杂使ZnO薄膜的禁带宽度得到展宽,导带能级上移,界面势垒降低,有效促进电子注入到发光层,从而提升了LED器件的电致发光亮度和效率。(3)我们利用聚乙烯亚胺(PEI)对CsPb(Br/I)_3量子点薄膜进行后处理。通过对后处理的薄膜进行一系列表征分析,我们发现钙钛矿量子点的绝对荧光量子效率以及荧光辐射寿命都得到了显着提高,证明PEI对量子点薄膜表面缺陷有钝化作用,减少了电子在传输过程中的损失。另外,PEI界面层对CsPb(Br/I)_3量子点的充电现象有一定的抑制作用,而且PEI界面可以提高ZnO的功函数,降低电子注入势垒。通过对PEI层和量子点的厚度进行优化,最终制备的LED器件的外量子效率达到6.3%。另外,基于这样的器件结构,通过改变发光层中钙钛矿量子点的卤素组分,我们制备了红绿蓝叁颜色的电致LED器件。(4)我们将迭层透明电极MoO_3/Au/MoO_3应用于钙钛矿量子点LED器件结构,制备了双面发光的电致LED器件。经过对迭层结构中各层厚度的连续微调,LED的空穴注入过程得到增强,并在不牺牲LED电致发光的前提下将透明度最大化,最终,整个透明LED器件在可见范围最高透过率为58%,而且双面发光的光谱几乎完全一致,证明了该材料在透明发光器件领域应用的潜力。总之,我们从材料和电致发光器件结构两个角度出发,改善了钙钛矿量子点材料及其LED器件的性能,并拓展了器件的应用范围。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01)
量子器件论文开题报告
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
经过了近十年的研究与发展,钙钛矿太阳能电池的功率转化效率已从3.8%显着地提升到24.2%。钙钛矿材料不仅在光伏领域表现优异,在显示与照明领域也已崭露头角。钙钛矿量子点(PQD)因具有发光量子产率高(PLQY)、色纯度高、量子限域效应强以及激子结合能大等优异的性质在发光领域引起了研究者的广泛关注。然而,较多的表面缺陷及其诱导的非辐射复合仍是阻碍PQD实际应用的主要问题之一。这不仅降低了PQD的发光效率,还容易诱发团聚,导致其稳定性急剧下降。此外,以PQD为电致发光层的器件整体性能仍普遍较低,有待从器件制备工艺和结构优化等若干方面加以改进。针对上述问题,本文主要从量子点的合成、配体钝化、器件制备与电子传输层优化这四个方面分别对MAPbBr_3量子点发光器件的光电性能进行了改善。(1)改进合成方法以提升量子点PLQY:我们采用室温配体辅助再沉淀技术来合成MAPbBr_3量子点,离心后去除沉淀用于后续表征及器件制备。通过对CH_3NH_3Br:PbBr_2前驱体比例及溶液浓度的优化,减少了MAPbBr_3量子点的表面缺陷,提高了其荧光衰减寿命,得到了高PLQY的绿色有机-无机杂化钙钛矿量子点溶液。在此基础上,制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK/MAPbBr_3 QDs/TPBi/LiF/Al的钙钛矿量子点发光二极管(PQD-LED),其最大亮度及电流效率分别为845 cd m~(-2)和2.21 cd A~(-1)。(2)引入叁辛基氧化膦(TOPO)配体以提升量子点稳定性及发光效率:为了提高MAPbBr_3量子点的光学性能及稳定性,我们在合成MAPbBr_3量子点的非极性溶剂甲苯中添加了不同浓度的TOPO以钝化量子点的缺陷。实验结果显示,TOPO的最优化掺杂体积为100μL,且TOPO钝化的MAPbBr_3量子点的光致发光寿命达到了7.56 ns,较未钝化的量子点提升了65.8%。此外,通过对MAPbBr_3量子点溶液的稳定性测试表明,TOPO添加量的增加有助于提升溶液的稳定性。当TOPO的添加量为1 mL时,室温空气环境下的MAPbBr_3量子点的溶液稳定性超过了20天。在此基础上我们制备了与前一部分器件结构相同的PQD-LED,确定了TOPO的最优掺杂浓度,器件的稳定性和发光性能均有了明显的提升。器件半衰期由最初的44 s显着提升至7 min;器件的最大亮度、电流效率及外量子效率分别为1635 cd m~(-2)、5.51cd A~(-1)和1.64%,提升因子分别为93.5%、149.3%和168.9%。(3)采用电子传输层共混以提高器件性能:为了进一步提升PQD-LED的器件性能,我们引入B3PYMPM:TPBi替代第一部分器件结构中的纯TPBi作为电子传输层,制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK/MAPbBr_3 QDs/B3PYMPM:TPBi/LiF/Al的绿色PQD-LED。电子传输层的共混有效降低了器件中的电子注入势垒,促进了电子-空穴在发光层中的复合。单载流子器件表征结果显示,B3PYMPM:TPBi共混与单一材料的电子传输层器件相比更有利于平衡器件中的电子和空穴。优化后的PQD-LED的最大亮度、电流效率和外量子效率分别达到了2363 cd m~(-2)、6.24 cd A~(-1)和1.74%,较纯TPBi作为电子传输层的器件分别提升了44.5%、13.2%和6.1%。综上,我们通过优化MAPbBr_3量子点的合成方法,得到了能用于制备绿色电致发光器件的有机-无机杂化钙钛矿量子点;通过TOPO钝化提高了有机-无机杂化钙钛矿量子点的稳定性与荧光衰减寿命,分析了其钝化机理;利用电子传输层共混的方法进一步提升了PQD-LED的光电性能。本工作为制备出高质量胶体有机-无机杂化钙钛矿量子点溶液以及高性能电致发光器件提供了行之有效的解决方案。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
量子器件论文参考文献
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