一种基于钙钛矿薄片的发光器件及其制备方法技术

本发明专利技术一种基于钙钛矿薄片的发光器件及其制备方法，加工方便，制备简单，通过生长带隙可调的钙钛矿薄片对器件进行组装。其包括如下步骤，步骤一，通过控制卤素离子掺杂量得到对应发光波长的单晶或多晶钙钛矿晶体；步骤二，对得到的钙钛矿晶体进行切片，得到面积大于200mm2且厚度小于1mm的大面积钙钛矿薄片；步骤三，将大面积钙钛矿薄片作为发光器件的活性层，得到发光器件。在制备大尺寸颜色可调的单晶或者多晶钙钛矿晶体基础上，通过采用晶体切割工艺制备钙钛矿薄片；通过控制切割过程中切割线的粗糙度、运动速度可以实现对晶体的完美切割。钙钛矿晶体的切割工艺有利于产出高品质钙钛矿晶片，有利于制备出高品质的钙钛矿单晶器件。

Light emitting device based on perovskite sheet and preparation method thereof

The invention relates to a light emitting device based on a perovskite sheet and a preparation method thereof. The invention has the advantages of convenient processing and simple preparation. It includes the following steps: step one, get the corresponding wavelength single crystal or polycrystalline perovskite crystal by controlling the halogen ion doping; step two, biopsy of perovskite crystals were obtained, get the area larger than large area perovskite sheet 200mm2 and the thickness is less than 1mm; step three, the large area of perovskite sheet as active layer light emitting device the obtained light emitting device. In the preparation of single crystal with large size color adjustable or polycrystalline perovskite crystal basis, through the use of crystal Perovskite Thin cutting process; the roughness and velocity of cutting line control cutting process can achieve perfect cutting on the crystal. The cutting process of perovskite crystals is beneficial to the production of high quality perovskite chips, which is beneficial to the preparation of high quality perovskite single crystal devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及颜色可调的发光器件，具体为一种基于钙钛矿薄片的发光器件及其制备方法。
技术介绍
迄今为止，所有基于发光器件的显示设备均采用短波长发光器件与荧光粉的组合，实现多色及白光发光器件。由于荧光粉的老化及其与发光器件波长之间的耦合问题，发光器件的颜色调变性和显色性有待进一步提高。采用三基色符合的发光器件，可以实现发光波长全光谱范围内的调变，可实现高亮度、高逼真度和显色度的显示器件，是下一代显示器件的核心单元。但是由于材料特定的带隙及发光波长，目前为止很难找到发光亮度、发光波长耦合非常好的发光器件，较难实现基于多色发光器件的高性能显示器件。目前市场上采用的发光器件大多采用GaN材料制备，该材料制备对衬底具有较高的要求且曲线容忍度较小，通常造价比较高。同时，该种材料的调节不易调节，很难实现全光谱发光的发光器件。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于钙钛矿薄片的发光器件及其制备方法，加工方便，制备简单，通过生长带隙可调的钙钛矿薄片对器件进行组装。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，包括如下步骤，步骤一，通过控制卤素离子掺杂量得到对应发光波长的单晶或多晶钙钛矿晶体；步骤二，对得到的钙钛矿晶体进行切片，得到面积大于200mm2且厚度小于1mm的大面积钙钛矿薄片；步骤三，将大面积钙钛矿薄片作为发光器件的活性层，得到发光器件。优选的，步骤一中，单晶或多晶钙钛矿晶体为AB(BrxCl1-x)3或AB(BrxI1-x)3，其中，0<x<1，A为CH3NH3+、H2N-CH＝NH2+、(CH3)4N+、C7H7+、Cs+或C3H11SN32+，B为Pb、Ge或Sn。优选的，步骤三中，将大面积钙钛矿薄片作为发光器件的发光层，得到发光波长对应光谱的发光器件的具体步骤如下，步骤1，在大面积钙钛矿薄片的两面分别制备电子注入层和空穴注入层得到中间体；步骤2，在中间体的两面分别制备金属电极和透明导电氧化物膜得到发光波长对应光谱的发光器件。进一步，透明导电氧化物膜上还设置有金属栅线电极。进一步，大面积钙钛矿薄片两侧镀有导电薄膜电极，电极厚度小于1mm。再进一步，其中一个导电薄膜电极在可见光波段的透光率大于50％。进一步，步骤一中，其中，根据合金半导体带隙理论，确定所需发光器件发光波长对应的卤素离子掺杂比例，所述的合金半导体带隙理论具体如下，Eg＝Eg(ABI3)+[Eg(ABI3)-Eg(ABBr3)-b]x+bx2，其中，x为合金中Br的含量，Eg表示钙钛矿材料的带隙，b为矫顽系数。再进一步，步骤一种，钙钛矿晶体的制备方法如下，取提供铅源、锡源或锗源的金属化合物，卤代物和能溶解该金属化合物的溶剂；将卤代物和溶剂混合配制成溶液，将金属化合物加入后配成晶体生长液；按照确定的卤素离子掺杂比例，将两种含不同卤素离子的晶体生长液进行混合，采用连续注入生长液的连续生长方法，得到对应的AB(BrxCl1-x)3或AB(BrxI1-x)3晶体。再进一步，步骤二中，AB(BrxCl1-x)3或AB(BrxI1-x)3晶体的长度和宽度均大于15mm或直径大于15mm。一种基于钙钛矿薄片的发光器件，采用本专利技术所述的制备方法制得。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术在制备大尺寸颜色可调的单晶或者多晶钙钛矿晶体基础上，通过采用晶体切割工艺，制备钙钛矿薄片；通过控制切割过程中切割线的粗糙度、运动速度可以实现对晶体的完美切割。钙钛矿晶体的切割工艺有利于产出高品质钙钛矿薄片，有利于制备出高品质的钙钛矿单晶器件。通过晶体切割法制备时，只需要考虑材料自身的力学性质，易获单晶薄片，并且工艺简单，加工方便，效率极高。采用切割工艺可以获得面积大于200mm2、厚度小于1mm的钙钛矿薄片，制备工艺简单，且对缺陷具有较高的容忍度。同时，该材料还具有带隙可调、载流子迁移率高、发光效率高的特点，有利于实现显色度高的高性能显示器件。进一步的，通过在钙钛矿晶片的两侧分别制备电子注入材料和空穴注入材料，辅助透明氧化物导电电极和金属电极，完成整个钙钛矿薄片的发光器件制备；不需要改变原有的除钙钛矿吸收层以外其他层的制备工艺，而且可以灵活的选择空穴传输层和电子传输层的种类和制备方法。本专利技术所述的两侧制备工艺，能够在钙钛矿发光层的两侧分别沉积最佳的空穴和电子注入层，有利于提高单晶光电器件的性能。同时，两侧制备工艺可以同时采用透明导电薄膜制备前电极和后电极，这样还有利于实现钙钛矿器件和红外相应的器件组合成复合器件，实现对光谱的有效利用。本专利技术一种基于钙钛矿晶体薄膜片的、发光颜色可调的发光器件，实现高性能发光显示器件。采用同一类发光效率高的钙钛矿薄片作为发光器件的发光层，可制备出在紫外-可见-近红外光谱范围内发光波长可调的发光器件。将这些亮度、颜色精确可调的发光组合在一起，将可以大大提高显示器件的显色性能，以制备高性能显示设备。附图说明图1为本专利技术实例中所述发光器件的一种结构示意图。图2为本专利技术实例中所述发光器件的另一种结构示意图。图中：1为带有金属栅线的透明导电氧化物膜；2为电子注入层；3为钙钛矿吸收层；4为空穴注入层；5为金属电极。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1大面积钙钛矿薄片的制备如下。1、采用连续生长的方法，将新鲜的CH3NH3I和PbI2混合溶液不断地注入到晶体生长容器中，使晶体生长液维持在恒定的浓度，以保证晶体生长过程的连续性和均匀性，以获得尺寸为15mm×15mm×5mm的单晶CH3NH3PbI3，经检测该晶体的发光峰位于780nm；2、采用砂浆切割的方法，其中砂线运动的速度为3mm/s，对大尺寸钙钛矿晶体进行切割，获得了面积为200mm2，厚度为100μm的钙钛矿薄片；3、采用超声清洗的方法，清除钙钛矿薄片表面的砂浆；4、采用机械抛光机，对钙钛矿薄片的两侧进行剖光处理，以去除切割过程中的损伤层并增加钙钛矿薄片表面的平整度，以利于后续器件的组装。利用以上所述的大面积钙钛矿薄片进行发光器件的制备，得到的发光器件结构如图1所示，制备过程如下。1、采用溶液旋涂法，在钙钛矿薄片的一侧表面沉积空穴传输层Spiro-MeOTAD，用于有效地向钙钛矿内部注入空穴。其中Spiro-MeOTAD溶液的浓度为90mg/mL，旋涂转速为4000rpm，旋涂时间为30s；2、在Spiro-MeOTAD的表面蒸镀金电极，金电极的厚度为80nm；3、采用溶液旋涂法，在钙钛矿薄片的另一侧沉积电子传输层PC60BM，用于有效地向钙钛矿内部注入电子。其中PC60BM溶液的浓度为20mg/mL，旋涂转速为1000rpm，旋涂时间为30s。然后，在PC60BM的表面旋涂一层ZnO颗粒，用于隔离PC60BM和透明导电玻璃，以降低载流子的复合几率；4、在旋涂有ZnO的PC60BM表面上蒸镀厚度约为200nm的ITO，以保证ITO层良好的导电性和透光性。之后，在ITO的表面蒸镀金属栅线电极，以降低载流子注入过程中电阻，降低器件的电阻损耗。实施例2大面积钙钛矿薄片的制备如下。1、采用连续生长的方法，将新鲜的CH3NH3Br和PbBr2混合溶液不断地注入到晶体生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一，通过控制卤素离子掺杂量得到对应发光波长的单晶或多晶钙钛矿晶体；步骤二，对得到的钙钛矿晶体进行切片，得到面积大于200mm2且厚度小于1mm的大面积钙钛矿薄片；步骤三，将大面积钙钛矿薄片作为发光器件的活性层，得到发光器件。

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一，通过控制卤素离子掺杂量得到对应发光波长的单晶或多晶钙钛矿晶体；步骤二，对得到的钙钛矿晶体进行切片，得到面积大于200mm2且厚度小于1mm的大面积钙钛矿薄片；步骤三，将大面积钙钛矿薄片作为发光器件的活性层，得到发光器件。2.根据权利要求1所述的一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，其特征在于，步骤一中，单晶或多晶钙钛矿晶体为AB(BrxCl1-x)3或AB(BrxI1-x)3，其中，0<x<1，A为CH3NH3+、H2N-CH＝NH2+、(CH3)4N+、C7H7+、Cs+或C3H11SN32+，B为Pb、Ge或Sn。3.根据权利要求1所述的一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，其特征在于，步骤三中，将大面积钙钛矿薄片作为发光器件的发光层，得到发光波长对应光谱的发光器件的具体步骤如下，步骤1，在大面积钙钛矿薄片的两面分别制备电子注入层和空穴注入层得到中间体；步骤2，在中间体的两面分别制备金属电极和透明导电氧化物膜得到发光波长对应光谱的发光器件。4.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，其特征在于，透明导电氧化物膜上还设置有金属栅线电极。5.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿薄片的发光器件制备方法，其特征在于，大面积钙钛矿薄片两侧镀有导电薄膜电极，电极厚度小...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生忠，杨周，刘渝城，任小东，孙键焜，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61