基于钙钛矿传输层的蒸镀钙钛矿发光器件研究.pdf

摘要

发光二极管是一种基于电光转换原理的半导体光电器件，经过数十年时间的

发展，已经在显示照明领域获得广泛应用。近年来，一种新型发光材料—金属卤

化物钙钛矿引起了人们的关注。由于金属卤化物钙钛矿具有载流子迁移率高、禁

带宽度可调、荧光量子产率高等优异的光电性能，所以基于金属卤化物的钙钛矿

发光二极管（PeLEDs）成为了新一代发光二极管的重要候选者。然而，当前钙钛

矿发光器件大多采用传统聚合物材料作为空穴传输层，面向商业化应用，器件的

亮度和效率等电致发光性能仍需进一步提高。本论文针对上述问题展开研究，提

出了采用钙钛矿材料代替传统聚合物材料作为空穴传输层的解决方案，通过发展

气相沉积技术，成功制备出亮度、电流效率和外量子效率均获得明显提升的钙钛

矿发光器件。具体的研究工作概括为以下内容：

（1）首先针对传统空穴传输材料的不足，通过在PEDOT:PSS和钙钛矿发光

层之间引入一层CsPbBr3钙钛矿传输层，利用这种双传输层的方式来改善气相沉

积全无机红光PeLEDs的性能。其次钙钛矿传输层和发光层均利用真空气相沉积

法通过双源共蒸进行制备，改善了溶液法的局限性，这样不仅提高了薄膜质量也

优化了制备工艺。同时CsPbBr3层的插入避免了PEDOT:PSS与发光层薄膜的直

接接触，既有效抑制了PEDOT:PSS酸性导致的荧光猝灭，又改善了钙钛矿发光

层的结晶质量。最终制备出的发光器件最大亮度和电流效率分别为1341cd/m2和

0.36cd/A，相比于PEDOT:PSS单传输层器件分别提高了44%和157%。同时又

开展了钙钛矿传输层厚度对器件性能影响的研究，发现当CsPbBr3层厚度为20

nm时，器件获得了最优的电致发光性能。

（2）针对钙钛矿发光器件中光子存在表面等离激元（SPPs）形式损耗的问

题，利用激光双光束干涉在钙钛矿薄膜表面制备了周期性光栅结构，使得自由空

间中SPPs和光子之间的动量和能量匹配，从而提高了器件的光提取效率。该微

纳结构可应用于钙钛矿发光器件中，在保证钙钛矿各项光电特性不受影响的前提

下提高器件的发光效率。

本论文通过采取引入CsPbBr3钙钛矿空穴传输层、利用真空气相沉积法制备

钙钛矿空穴传输层和发光层薄膜、在钙钛矿薄膜的表面引入周期性光栅微结构等

方法,为提升PeLEDs的亮度、电流效率及外量子效率等性能提供了合理且有效

I

的方案。

关键字：全无机钙钛矿发光器件，气相沉积，空穴传输层，表面等离激元模式

II

Abstract

Light-emittingdiode(LED)isasemiconductorphotoelectricdevicewithelectro-

opticalconversion.Afterdecadesofdevelopment,ithasbeenwidelyusedinthefield

ofdisplaylighting.Inrecentyears,anewluminescentmaterial-metalhalideperovskite

hasattractedpeople'sattention.Metalhalideperovskitehasexcellentphotoelectric

properties,suchashighcarriermobility,adjustablebandgapandhighfluorescence

quantumyield,soperovskitelightemittingdiodes(PeLEDs)basedonmetalhalide

havebecomeimportantcandidatesforanewgenerationof