Verbesserung der Leuchteigenschaften des anorganischen Perowskits CsPbBr3 durch FA+-Dotierung und dessen Anwendung in weißen Leuchtdioden

LIU Yuxin ,  

BIAN Ang ,  

摘要

Perowskit-Halbleitermaterialien werden aufgrund ihrer hervorragenden photoelektrischen Umwandlungseigenschaften, einstellbaren Bandlücke, einfachen Herstellung und niedrigen Kosten weithin als vielversprechend für Anwendungen in der nächsten Generation von Leuchtdisplays und photovoltaischen Geräten angesehen. Anorganische Perowskit-Quantenpunkte wie CsPbBr3 sind aufgrund ihrer einzigartigen Leuchteigenschaften zu einem Schwerpunkt in der Perowskit-Emissionsforschung geworden. Dennoch bestehen weiterhin gewisse Einschränkungen hinsichtlich der Emissionsleistung und Umweltstabilität. In dieser Arbeit wurde durch eine organische Kation-Dotierungsstrategie in Kombination mit stationärer und transienter Spektroskopie systematisch die Optimierung der optischen Eigenschaften und Stabilität von vollständig anorganischen CsPbBr3-Perowskit-Quantenpunkten durch Formamidinium-Ion (FA+)-Dotierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die FA+-Dotierung die Emissionsleistung von CsPbBr3 signifikant verbessert. Bei einem FA+-Anteil von 20% wurde die höchste Photolumineszenzintensität beobachtet, die etwa 2,8-fach höher als bei undotierten Proben ist. Mittels temperaturabhängiger Fluoreszenzspektrenanalyse wurde die Exzitonenbindung von Cs0.8FA0.2PbBr3 mit 47,1 meV bestimmt. Die Dotierung mit FA+ senkte die Energie der longitudinalen optischen Phononen in CsPbBr3, was zur Verringerung der nichtstrahlenden Übergangsrate und zur Verbesserung der Leuchtquantenausbeute beiträgt. Transiente Spektralanalyse zeigte, dass die Dotierung mit FA+ in CsPbBr3 die Relaxation thermischer Exzitonen und die nichtstrahlende Rekombination verlangsamte, wodurch die mittlere Fluoreszenzlebensdauer von 13,68 ns auf 19,56 ns erhöht und die Exzitonenlebensdauer von 774,1 ps auf 1.319,2 ps verlängert wurde. Leuchtdioden basierend auf Cs0.8FA0.2PbBr3-Quantenpunkten zeigten stabile und ideale weiße Lichtemission mit Farbkoordinaten von (0,3784, 0,3163). Die Ergebnisse bestätigen die Machbarkeit der Steuerung der optischen Eigenschaften von CsPbBr3-Quantenpunkten durch FA+-Dotierung und bieten eine Leitlinie für das Design und die Anwendung weißer LEDs.

关键词

organisch-anorganische Hybridperowskite; FA+-Dotierung; Fluoreszenzspektrum; transiente Spektroskopie; weiße LED

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