优化界面接触、增强界面处载流子传输对于提高钙钛矿电池性能具有重要意义。本研究将适量二甲基亚砜(DMSO)添加到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)空穴传输层中, 改善了空穴传输层的导电性和空穴传输特性, 有效提高了反式平面钙钛矿太阳能电池光伏性能。短路电流(Jsc)从21.29 mA/cm2提高到22.15 mA/cm2, 填充因子(FF)从76.35%提高到80.09%, 转换效率(PCE)从16.02%提高到17.01%。薄膜与器件性能综合测试结果表明, DMSO的掺入使PEDOT∶PSS发生适度相分离, 形成更好的PEDOT导电通道, 增强了PEDOT∶PSS的导电特性。 稳态光致发光光谱呈现出显著的荧光猝灭效应, 也表明掺杂 DMSO后PEDOT∶PSS的空穴提取能力得到提高, 钙钛矿活性层与阳极之间的空穴传输更加顺畅, 有助于实现高达 80%以上的填充因子。本研究为改善反式平面钙钛矿太阳电池或有机太阳电池光伏性能提供了一种高效、简便的方法, 具有很好的现实意义。

量子点由于其优异的光学和电学特性, 在新型光电器件领域是一种极具前景的明星材料。本文通过将核壳CdSe/CdS量子点封装到聚二甲基硅氧烷-聚脲(PDMS-PUa)聚合物基质中制备CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料, 发现了其光致发光强度和荧光量子产率的水致增强现象, 经荧光衰减曲线和漫反射光谱分析, 解释了该现象是来自于水中的H3O+和OH-对量子点表面缺陷的有效钝化, 使得量子点的晶胞更趋于理想化。进一步通过实验发现, 当复合材料从水中取出干燥后, 由于量子点表面缺陷态又重新暴露, 光致发光强度和荧光量子产率又恢复到初始值。受所发现的荧光可逆现象的启发, 本文基于CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料提出了一种具有荧光响应的液体高度传感器, 通过荧光亮度的变化可以判断容器内液体的高度值。这些发现不仅揭示了CdSe/CdS量子点水致荧光可逆特性, 同时拓宽了量子点聚合物复合材料在光电领域的应用, 具有重要的科学意义和应用前景。

电子传输材料的开发对于降低有机电致发光器件(OLED)驱动电压至关重要, 本文设计并合成了两种基于咪唑并［1,2-a］吡啶-三嗪类新型的电子传输材料, 即2-(3′-(4-(［1,1′-联苯基］-4-基)-6-苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5′-菲-9-基)-［1,1′-联苯基］-4-基)-3-苯基咪唑并［1,2-a］吡啶(TRZ-PA-Dp)和2-(5′′-(4-(［1,1′-联苯基］-4-基)-6-苯基-1,3,5-三嗪-基)-［1,1′∶2′,1″∶3″,1-四联苯］-4-基)-3-苯基咪唑并［1,2-a］吡啶(TRZ-PP-Dp), 并利用核磁和质谱对其结构进行表征。化合物TRZ-PA-Dp和TRZ-PP-Dp的单电子器件结果显示具有高电子迁移率, 可以有效降低器件的驱动电压。因此以这两个材料作为电子传输材料, 蓝色荧光器件启亮电压分别为3.2 V和3.1 V, 相比使用常规电子传输材料TPBi的器件, 启亮电压分别降低了0.1 V和0.2 V; 同时绿色磷光器件启亮电压均为2.2 V, 相比TPBi降低了0.2 V; 红色磷光器件的启亮电压与TPBi的器件相近。基于这两个材料的器件都表现出良好的效率, 特别是在激基复合物作为主体的绿色磷光器件中, 与TPBi的器件相对比, 在100 cd/m2下电流效率(CE)和外量子效率(EQE)都提升了5%左右, 功率效率(PE)提升了28%以上, 寿命提高了4倍, 证明TRZ-PA-Dp和TRZ-PP-Dp都为优异的电子传输材料。

通过传统的高温熔融淬火技术制备了Sn2+-Mn2+共掺杂的Gd2O3-Al2O3-SiO2(GAS∶0.5Sn2+,yMn2+)玻璃。研究了玻璃的光致发光特性和Sn2+-Mn2+能量传递过程。在365 nm激发下, 随着Mn2+浓度的增加(1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%,3.5%,4.0%), 玻璃中Sn2+的发光强度逐渐降低, 而Mn2+的发光强度逐渐增大。Sn2+的衰减时间随着Mn2+含量的增加而减小, 玻璃中产生了Sn2+到Mn2+离子的能量传递。GAS∶0.5Sn2+,yMn2+玻璃的光致发光量子产率(PLQY)随着Mn2+含量的增加而减小, 其最大值为25.48%。玻璃中Mn2+离子浓度达到4.0%时, 其发光属于准白光发射, 色坐标为(0.323,0.273)。另外, 本文还研究了Sn2+-Mn2+共掺杂玻璃的发光热猝灭现象, Sn2+发光中心电子跃迁所需克服的热激活能约为0.23 eV。

利用共沉淀法制备了六角相NaScF4∶20%Yb3+/2%Er3+纳米颗粒, 该纳米颗粒的尺寸约为35 nm且具有较好的分散性。在980 nm激发下, 该纳米颗粒可以产生较强的上转换红光发射及较弱的上转换绿光发射, 红绿比约为6。与此同时, 在纳米颗粒中, Er3+热耦合的绿光能级2H11/2与4S3/2具有较好的温度感测特性, 利用其荧光强度比可实现较为准确的光学温度测量, 最大相对灵敏度约为1.17%·K-1。另外, 在近红外区, 非热耦合的Yb3+:2F5/2→2F7/2跃迁与Er3+:4I13/2→4I15/2跃迁的荧光强度比也表现出较好的光学测温性能, 其相对灵敏度随着温度升高而逐渐增大, 并在333 K时达到最大值0.73%·K-1。以上结果表明, NaScF4∶20%Yb3+/2%Er3+纳米颗粒是一种高效的上转换红光材料, 且在可见区及近红外区均具有较好的光学测温表现。

通过高温固相法合成了一系列单基质白光荧光材料Cs₂Li₃Sr₂B₃(PO₄)₆∶Dy³⁺, 并对其结构特性、浓度猝灭机理、发光特性、温度特性、荧光寿命进行了测试与讨论。研究结果表明, 该样品的发射峰主要位于490 nm和577 nm, 且能在近紫外光/紫外光激发下产生单一白光。对比发现该样品在Dy3+掺杂浓度为7% 时荧光强度最强, 且通过计算得出该样品的浓度猝灭机理是由于偶极-偶极相互作用。热稳定性分析结果表明该样品的热稳定性优异, 在150 ℃下的荧光强度可达初始室温强度的97%。因此, Cs2Li3Sr2B3(PO4)6∶Dy3+是一种热稳定性优异的潜在的单一基质发白光材料。

高厚度的Ga2O3薄膜能够提高器件的击穿电压, 这种高厚度Ga2O3薄膜往往是通过HVPE法制备的。然而HVPE法存在着成本高、设备少等缺点。本文通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺, 以SiH4为n型掺杂源, 在Ga2O3衬底上生长了高厚度的n型β-Ga2O3薄膜, 并且研究了SiH4流量对β-Ga2O3性质的影响。实验中制备的β-Ga2O3薄膜厚度达到4.15 μm。薄膜的晶体质量高, 表面致密光滑且呈现台阶流生长模式。随着SiH4流量增加, 晶体质量逐渐降低, 电子浓度显著增加, 电子迁移率降低。目前, 高厚度β-Ga2O3薄膜的电子浓度可以在3.6×1016 ~ 5.3×1018 cm-3范围内调控; 当薄膜电子浓度为3.6×1016 cm-3时, 其电子迁移率可达137 cm2·V-1·s-1。本文论证了MOCVD工艺进行高厚度n型β-Ga2O3薄膜生长的可行性, 这也为β-Ga2O3基垂直结构功率器件的制备提供了一种新途径。

采用传统高温固相法制备了系列xZnAl2O4/CaAl12O19∶Mn4+(xZAO/CAO∶Mn4+)混合相红光荧光粉, 研究了ZnAl2O4掺杂对CaAl12O19∶Mn4+形貌和发光性能的影响。X射线衍射(XRD)表征结果表明, 在1 723 K下煅烧6 h成功合成了xZAO/CAO∶Mn4+混合相荧光粉, 随着ZnAl2O4掺杂量的增加依然保持两相共存。荧光光谱分析表明, 当x=1时, ZAO/CAO∶Mn4+具有最大的荧光强度, 其值比CaAl12O19∶Mn4+的荧光强度提高了203%。相对于CaAl12O19∶Mn4+荧光粉, ZAO/CAO∶Mn4+荧光粉具有更长的荧光寿命, 其内量子效率提高了211%。在298~418 K温度范围内, ZAO/CAO∶Mn4+荧光粉的绝对灵敏度(Sa)为4.32×10-3 K-1; 在418 K时, 最大相对灵敏度(Sr)为3.65×10-3 K-1。该荧光粉在光学测温方面具有潜在应用价值。

通过简单的方法获得基于碳纳米点的固态荧光材料, 实现该类材料在光电器件领域的应用研究有着重要的意义。然而, 由于聚集诱导猝灭效应的存在, 合成该类材料仍面临着严峻的挑战。本文报道了一种简单热解合成硫(S)和氮(N)共掺杂荧光碳点晶态材料的方法。优化制备条件后, 获得的材料能发出耀眼的橙红色荧光, 这是由于在形成碳点的同时, 碳点的周围形成了以邻苯二甲酸为前体的晶态物, 该晶态物对碳点形成了保护屏障, 阻碍了碳点的聚集, 弱化了碳点的光猝灭效应。此外, 由于硫和氮的共掺杂作用, 该材料发光呈现出多峰发射的特征, 这赋予了该荧光材料在封装白光发光二极管方面的优势。因此, 除实现发光二极管器件的橙色发光外, 该材料与商用荧光粉(黄绿色的SiAlON∶Eu2+和蓝色的BaMgAl10O17∶Eu2+)相结合, 在色度坐标为(0.43,0.40)时获得了相关色温约3 100 K、显色指数82的暖白光, 结果表明该类荧光纳米材料在照明领域具有广阔的应用前景。

高效的磷光有机电致发光器件有赖于主体材料, 而双极性主体材料相对于传统主体材料不仅能降低驱动电压, 提高电流效率和功率效率, 还能加快载流子迁移率和平衡载流子的通量。因此本文基于咪唑并吡啶设计了两种给体-受体型双极性绿光主体材料, 即9-苯基-3-(9-(4-(3-苯基咪唑并［1,2-a］吡啶-2-基)苯基)二苯并［b,d］呋喃-2-基)-9H-咔唑(CzDFDp)和9-苯基-3-(3 -(9 -(4 -(3-苯基咪唑并［1,2-a］吡啶-2-基)苯基)二苯并 ［b,d］ 呋喃-2-基)苯基)- 9H -咔唑(CzPDFDp), 对其结构进行核磁表征。通过光物理研究表明CzDFDp和CzPDFDp具有较高的三线态能级2.8 eV和2.49 eV, 和较高的分解(509 ℃和529 ℃)与玻璃转化(130 ℃和138 ℃)温度, 十分有利于磷光器件效率和器件的热稳定提升。以CzDFDp或CzPDFDp为主体、三(4-甲基-2,5-二苯基吡啶)合铱(GD-Ir)为发光掺杂材料制作绿光器件, 启亮电压只有2.6 V, 最大电流效率分别达到44.9 cd·A-1和47.2 cd·A-1, 最大功率效率达到50.4 lm·W-1和57 lm·W-1, 远优于CBP为主体材料参比的器件(3.6 V,14.4 cd·A-1,5.8 lm·W-1), 两个主体材料的启亮电压降低了1 V, 电流效率提高3倍以上, 且功率效率提高了8倍以上, 表明本文两个双极性主体材料具有良好的传输性质, 能够有效地平衡载流子通量, 是优异的绿光主体材料。