钙钛矿材料多量子阱结构调控方法及其应用和器件技术

技术编号:18499999 阅读:23 留言:0更新日期:2018-07-21 21:36
本发明专利技术公开了一种基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法及其应用和器件,通过薄膜后处理工艺来调节钙钛矿材料多量子阱结构;选用的材料为可自组装形成多量子阱结构的钙钛矿材料,该材料由AX

Perovskite based multiple quantum well structure control method based on film post-processing and its applications and devices

The invention discloses a multi quantum well structure control method of perovskite material and its application and device based on film post-processing. The multi quantum well structure of perovskite material is regulated by the film post-processing technology. The selected material is a perovskite material which can form a multi quantum well structure by self assembly. The material is massaged by AX1, BX2 and MX32. A is prepared by a:b:c, which is R1 Y+, R1 is a fatty hydrocarbon group with 1~50 carbon atoms, a aliphatic alkyl group with 5~100 carbon atoms, a substituted aryl with 6~100 carbon atoms, or a substituted heterocyclic group with 3~100 carbon atoms, and any one of the Y+ amines and the N heterocyclic organic cations. B is methylamine, meamamid or metal ions; M is a metal element; X1X2X3 is a halogen element; the post-processing conditions of the film are one of three or the combination of heating annealing, solvent annealing and vacuum drying, and the optimization of device efficiency can be achieved through the regulation of the structure of multiple quantum wells.

【技术实现步骤摘要】
基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法及其应用和器件
有机-无机杂化钙钛矿材料,尤其涉及的是一种基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法及其应用和器件。
技术介绍
近年来,有机-无机杂化钙钛矿材料已经成为太阳能电池领域的“明星”,器件性能取得了迅猛发展,目前光伏器件的能量转换效率已突破22%。除了在光伏领域,钙钛矿材料在发光领域也引起了人们的广泛重视,然而目前器件效率和稳定性较低,有待于采用新材料、新结构来提高器件性能。最近,具有多量子阱结构的钙钛矿发光器件已经展现出高效、稳定的优势,然而在目前多量子阱结构钙钛矿器件的制备过程中,还没有简单、有效的调整量子阱结构的方法。虽然可以借鉴传统无机发光中调控量子阱结构的方法,但是无机量子阱制备条件苛刻,成本高昂,不利于低成本、大面积制备器件。因此,很有必要进一步提出一种优化量子阱结构的方法来提高钙钛矿器件的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法及其应用和器件。本专利技术的技术方案如下:一种基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法,通过薄膜后处理工艺来调节钙钛矿材料多量子阱结构;选用的材料为可自组装形成多量子阱结构的钙钛矿材料,该材料由AX1、BX2和MX32按摩尔比a:b:c制备得到,其中A为R1-Y+,R1-为具有1~50个碳原子的脂族烃基、具有5~100个碳原子的脂环族烃基、具有6~100个碳原子的任取代的芳基或具有3~100个碳原子的任取代的杂环基,Y+为胺、含N杂环有机阳离子中的任意一种;B为甲胺、甲脒或金属离子;M为金属元素;X1X2X3为卤族元素;薄膜后处理条件为:加热退火、溶剂退火、真空干燥三者之一或其组合;通过多量子阱结构的调控可实现器件效率的优化。所述的多量子阱结构调控方法,加热退火条件为:将旋涂有前驱体溶液的衬底放置在一定温度的加热台上、时间为0-5h。所述的多量子阱结构调控方法,溶剂退火条件为:将旋涂有前驱体溶液的衬底放置在保持溶剂气氛的容器中,时间为0-24h。所述的多量子阱结构调控方法,真空干燥条件为:将旋涂有前驱体溶液的衬底放置在真空腔室中,时间为0-24h。所述的多量子阱结构调控方法,所使用的代表性材料AX1为C10H7CH2NH3I、C10H7CH2NH3Br、C6H5CH2NH3I、C6H5(CH2)2NH3I、C6H5(CH2)4NH3I,BX2为CH3NH3I、NH2CH=NH2I、CsI、NH2CH=NH2Br、NH2CH=NH2Cl、CH3NH3Br、CH3NH3Cl、CsBr、CsCl,MX32为PbI2、PbBr2、PbCl2,包括但不仅限于此。任一所述调控方法的应用,通过薄膜后处理工艺调节钙钛矿材料多量子阱结构。根据任一所述调控方法制备的器件。本专利技术针对钙钛矿薄膜多量子阱结构调整的需求,提出一种简单的基于薄膜后处理方法,可实现钙钛矿材料多量子阱结构的调控,优化钙钛矿薄膜成膜性能、光电性能,从而提高钙钛矿发光器件的性能。附图说明图1是本专利技术所提供的钙钛矿材料多量子阱结构形成的示意图;图2是本专利技术所提供的实施例1的钙钛矿薄膜的吸收光谱图;图3是本专利技术所提供的实施例1的钙钛矿薄膜的光致发光光谱图;图4是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿薄膜的吸收光谱图;图5是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿薄膜的光致发光光谱图;图6是本专利技术所提供的实施例3的钙钛矿薄膜的吸收光谱图;图7是本专利技术所提供的实施例3的钙钛矿薄膜的光致发光光谱图;图8是本专利技术所提供的实施例4的钙钛矿薄膜的吸收光谱图;图9是本专利技术所提供的实施例4的钙钛矿薄膜的光致发光光谱图;图10是本专利技术所提供的实施例4的钙钛矿薄膜的X射线衍射谱;图11是本专利技术所提供的实施例4的钙钛矿薄膜的AFM图像;图12是本专利技术所提供的实施例5的钙钛矿型器件的结构示意图;图13是本专利技术所提供的实施例5的MQWLED器件的电致发光光谱;图14是本专利技术所提供的实施例5的MQWLED器件电压-电流密度-辐射强度关系曲线;图15是本专利技术所提供的实施例5的MQWLED器件电流密度-外量子效率关系曲线;具体实施方式以下结合具体实施例,对本专利技术进行详细说明。本专利技术的技术方案提供一种通过薄膜后处理工艺来调节钙钛矿材料多量子阱结构的方法。选用的材料为可自组装形成多量子阱结构的钙钛矿材料,该材料由AX1、BX2和MX32按摩尔比a:b:c制备得到,其中A为R1-Y+,R1-为具有1~50个碳原子的脂族烃基、具有5~100个碳原子的脂环族烃基、具有6~100个碳原子的任取代的芳基或具有3~100个碳原子的任取代的杂环基,Y+为胺、含N杂环有机阳离子中的任意一种;B为甲胺、甲脒或金属离子;M为金属元素;X1X2X3为卤族元素;当将X1、X2、X3统一用X表示时,其结构式可以表示为A2Bn-1MnX3n+1,其中n为所述钙钛矿材料无机骨架的层数。所使用的代表性材料AX1为C10H7CH2NH3I、C10H7CH2NH3Br、C6H5CH2NH3I、C6H5(CH2)2NH3I、C6H5(CH2)4NH3I,BX2为CH3NH3I、NH2CH=NH2I、CsI、NH2CH=NH2Br、NH2CH=NH2Cl、CH3NH3Br、CH3NH3Cl、CsBr、CsCl,MX32为PbI2、PbBr2、PbCl2,包括但不仅限于此。薄膜后处理条件:加热退火时间为0-5h,溶剂退火时间为0-24h,真空干燥时间为0-24h。如图1所示,通过后处理可调控钙钛矿多量子阱结构。通过多量子阱结构的调控可实现器件效率的优化。实施例1使用加热退火方法调控石英衬底上的钙钛矿多量子阱结构。将C10H7CH2NH3I、NH2CH=NH2I(FAI)和PbI2按摩尔比2:1:2配成前驱体溶液(NFPI7),在石英衬底上旋涂以上前驱体溶液,在加热台上使用100℃退火,分别退火0min、5min、10min、20min、30min、60min,退火后得到具有不同多量子阱结构的钙钛矿薄膜。如图2所示,退火后的NFPI7薄膜在567nm处有明显的激子吸收峰,表明此时量子阱结构已经形成,并且存在较多的n=2量子阱,从图中还能看到在632nm也有一个吸收峰的存在,对应于n=3的量子阱结构,同时在774nm附近有一定的吸收,表明材料中也有大n量子阱结构(窄能隙)存在,并且大n量子阱结构已经接近三维钙钛矿材料的结构。在未退火(退火时间为0min)的薄膜上,没有看到明显的激子吸收峰,也没有三维钙钛矿材料的吸收,表明在未退火的材料内部还没有形成多量子阱钙钛矿结构。图3为NFPI7薄膜的光致发光图谱,可以看到随着退火时间从5min增加到60min,薄膜发光的主峰从743nm红移至772nm,接近于三维FAPbI3的发光峰,对应着大n量子阱组分的发光,说明在层状钙钛矿材料中,退火时间从0min增加到60min的过程中,薄膜中窄能隙量子阱组分的量不断增加,即窄能隙量子阱宽变宽。除了发光主峰,薄膜中还同时存在位于516nm、577nm、646nm等位置的发光峰和位于688nm的肩峰,分别对应n=1、2、3、4的量子阱结构的发光。结合吸收图谱,可以发现改变薄膜的退火时间可以调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法,其特征在于,通过薄膜后处理工艺来调节钙钛矿材料多量子阱结构;选用的材料为可自组装形成多量子阱结构的钙钛矿材料,该材料由AX1、BX2和MX32按摩尔比a:b:c制备得到,其中A为R1‑Y+,R1‑为具有1~50个碳原子的脂族烃基、具有5~100个碳原子的脂环族烃基、具有6~100个碳原子的任取代的芳基或具有3~100个碳原子的任取代的杂环基,Y+为胺、含N杂环有机阳离子中的任意一种;B为甲胺、甲脒或金属离子;M为金属元素;X1、X2、X3为卤族元素;薄膜后处理工艺为:加热退火、溶剂退火、真空干燥三者之一或其组合;通过多量子阱结构的调控可实现器件效率的优化。

【技术特征摘要】
1.一种基于薄膜后处理的钙钛矿材料多量子阱结构调控方法,其特征在于,通过薄膜后处理工艺来调节钙钛矿材料多量子阱结构;选用的材料为可自组装形成多量子阱结构的钙钛矿材料,该材料由AX1、BX2和MX32按摩尔比a:b:c制备得到,其中A为R1-Y+,R1-为具有1~50个碳原子的脂族烃基、具有5~100个碳原子的脂环族烃基、具有6~100个碳原子的任取代的芳基或具有3~100个碳原子的任取代的杂环基,Y+为胺、含N杂环有机阳离子中的任意一种;B为甲胺、甲脒或金属离子;M为金属元素;X1、X2、X3为卤族元素;薄膜后处理工艺为:加热退火、溶剂退火、真空干燥三者之一或其组合;通过多量子阱结构的调控可实现器件效率的优化。2.根据权利要求1所述的多量子阱结构调控方法,其特征在于,加热退火条件为:将旋涂有前驱体溶液的衬底放置在加热台上直接退火,退火温度由材料与衬底类型决定,时间为0-5h。3.根据权利要求1所述的多量子阱结构调控方...

【专利技术属性】
技术研发人员:王建浦王娜娜黄维
申请(专利权)人:南京工业大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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