文 献 综 述
摘要:
量子点具有色域广、发光峰窄(色纯度高)、发光颜色可调且满足印刷等柔性加工的特点,可以替代传统荧光粉,满足新型照明与显示的需求。其中,全无机钙钛矿量子点(CsPbX3(X=Cl, Br, I))因具有量子效率高、色域广、光谱可调、色纯度高和成本低等优点而得到广泛应用。但在CsPbX3的LED器件中,存在效率低、稳定性差等问题。而利用掺杂的手段可以在保持材料优异性能的基础上进行优化或改性。本文综述了近年来向无机钙钛矿量子点体系中掺杂不同元素的研究进展,并显示出掺杂Zn元素具有鲜明的优势。
关键词:量子点;全无机钙钛矿;掺杂;LED器件
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正文
- 钙钛矿量子点
半导体胶体量子点(quantum dots, QDs)由于其独特的光学特性,如尺寸依赖的发射波长、窄的发射光谱和高的发光效率,近年来在光电探测器、太阳能电池、光发射器件领域受到广泛关注[1-7]。
在过去的几年里,卤化物-钙钛矿材料在光电器件领域研究中表现令人惊叹。不到十年时间这一材料在太阳能电池研究中就取得突破性进展,器件效率已经能够媲美发展了几十年的传统硅材料器件。然而,稳定性问题已成为混合有机-无机卤化物钙钛矿(CH3NH3PbX3)材料应用的关键障碍。与混合有机-无机卤化物相比,全无机组分的卤素钙钛矿表现出了更高的化学和光热稳定性[8],同时有拥有相媲美的光电性能,在各种光电子学领域展现出巨大的潜力。为了将高稳定性与独特的量子限制效应相结合,Kovalenko 及其同事制备了无机卤化物钙钛矿(CsPbX3(X=Cl, Br, I))QDs,表现出优异的光学性能,如发光波长可轻易调谐和高量子产率的光致发光特性等。可见,全无机钙钛矿QDs有巨大的潜力应用于高性能的QLEDs器件中。
虽然相比于有机或杂化钙钛矿材料,全无机钙钛矿材料的稳定性有所提高,但本身强离子性的结构,始终无法改变其易遭受水、氧、热和光照破坏的问题。对于此,目前已报道多种方法来提高全无机钙钛矿量子点的稳定性,主要包括表面钝化[9]、有机物封装[10]、卤素离子掺杂[11]等。
1.2 元素掺杂
研究表明,溶液中合成的全无机钙钛矿纳米晶内部及表面存在大量的非辐射复合缺陷,包括点缺陷(大量的Pb原子或卤化物空位)和结构紊乱等会降低其光致发光效率(photoluminescence quantum efficiency, PLQY)及稳定性[12-14]。在这种情况下,控制全无机钙钛矿纳米晶中的微观结构和减少缺陷就变得非常重要。这其中,掺杂是调节半导体光电子特性的一种普遍而有效的方法,研究发现少量杂质原子掺入半导体材料中就能引起稳定性和光电特性变化[15-17]。也就是说,通过掺杂手段,能够在保持材料优异性能的基础上进行优化或改性。掺杂不同种类的元素,对材料性能的影响是不尽相同的,下面综述了近年来向无机钙钛矿量子点体系中掺杂不同元素的研究进展。
1.2.1 锰掺杂
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