钙钛矿纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件制造技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件。钙钛矿纳米结晶粒子可分散于有机溶剂，且可以包括钙钛矿纳米结晶结构。因此，根据本发明专利技术的钙钛矿纳米结晶粒子内，形成有具有FCC与BCC合并的结晶结构的钙钛矿纳米结晶，并形成有一种无机平面与有机平面交替层叠而成的层状结构，激子被束缚于无机平面而能够表现出高颜色纯度。并且，钙钛矿纳米结晶粒子具有逾越量子限域效应的玻尔直径以上的粒子尺寸，且可以实现几乎不依赖于高发光效率和粒子尺寸的发光波长。而且，根据本发明专利技术的钙钛矿纳米结晶粒子作为可分散于有机溶剂的纳米粒子，可应用于发光元件、激光、太阳能电池等多样的电子元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钙钛矿纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件
本专利技术涉及一种钙钛矿材料，尤其涉及一种有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件。
技术介绍
当前，显示器市场的大趋势是在当前的旨在实现高效率高分辨率的显示器的基础上更进一步而实现高色纯度天然色的感性画质显示器。立足于这样的观点，当前基于有机发光体的有机发光二极管(OLED)元件实现了飞跃式发展，颜色纯度提高的无机量子点LED作为其他应对方案得到活跃的研究开发。然而，有机发光体和无机量子点发光体均在材料层面上存在根本性的局限性。现有的有机发光体具有高效率的优点，但却因光谱宽阔而使颜色纯度不良。无机量子点发光体则被公知为颜色纯度良好，但却是基于量子限域效应(Quantumconfinementeffect)或量子尺寸效应(Quantumsizeeffect)的发光，因此发光颜色主要根据具有20nm以下的直径的纳米粒子的大小而发生变化。随着趋向蓝色(Bluecolor)侧，越来越难以控制为使量子点大小均匀，因此存在颜色纯度降低的问题。而且，无机量子点具有很深的价电子带(valenceband)，因此在有机空穴注入层中的空穴注入势垒非常大，于是存在空穴难以注入的问题。并且，两种发光体存在价格高昂的缺点。因此，需要提出一种缓解如上所述的有机和无机发光体的缺点并保持其优点的新型方式的有机无机杂化发光体。对于有机无机杂化材料而言，制造成本低廉，制造及元件制作工艺简单，而且可兼备易于调节光学、电学性质的有机材料的优点和具有较高的电荷迁移率及机械、热学稳定性的无机素材的优点，因此有机无机杂化材料在学术界、产业界受到瞩目。其中，有机无机杂化钙钛矿材料因具有较高的颜色纯度，而且颜色调节简单且合成费用低廉，因此作为发光体的发展可能性极高。因如下原因而形成高颜色纯度：具有无机物的二维平面(2Dplane)夹在有机物的二维平面之间的层状结构，而且无机物(inorganic)与有机物(organic)的介电常数之差较大(εorganic≒2.4,εinorganic≒6.1)，因此激子被束缚于无机层，于是具有较高的颜色纯度(Fullwidthathalfmaximum(FWHM)≒20nm)。现有的具有钙钛矿结构ABX3的物质为无机金属氧化物。这样的无机金属氧化物通常是氧化物(oxide)，其为如下的物质：A、B位(site)中存在具有互不相同的大小的Ti、Sr、Ca、Cs、Ba、Y、Gd、La、Fe、Mn等金属(碱金属、碱土金属、过渡金属及镧族等)阳离子，X位中布置有氧(oxygen)阴离子，B位的金属阳离子与X位的氧阴离子之间以6重配位(6-foldcoordination)的共顶八面体(corner-sharingoctahedron)形态结合。作为其例，具有SrFeO3、LaMnO3、CaFeO3等。反观有机无机杂化钙钛矿，却在ABX3结构中A位处存在有机铵(RNH3)阳离子，且在X位处存在卤化物(Cl、Br、I)，从而形成所述有机金属卤化物钙钛矿材料，因此其组成完全不同于无机金属氧化物钙钛矿材料。并且，由于这种组成物质差异，使得物质的特性也有异。无机金属氧化物钙钛矿代表性地表现出超导性(superconductivity)、铁电性(ferroelectricity)、巨大的磁阻(colossalmagnetoresistance)等特性，因此通常应用于传感器及燃料电池、存储器元件等，其研究进行至今。作为其例，钇钡铜氧化物(yttriumbariumcopperoxide)根据氧含量(oxygencontents)而具有超导性或绝缘特性。反观有机无机杂化钙钛矿(或者有机金属卤化物钙钛矿)却是有机平面与无机平面交替层叠，因此类似于层状结构，从而可将激子束缚于无机平面内，因此本质上可成为如下的理想的发光体：比起物质的尺寸而言，更主要地借助于结晶结构本身而发射极高颜色纯度的光。即使是有机无机杂化钙钛矿，如果有机铵包含有与中心金属及卤素结晶结构BX3相比而言带隙较小的发色团(chromophore；主要包含共轭结构)，则由于发光产生于有机铵，因此无法发出高颜色纯度的光，从而使发光光谱的半宽度(half-width)变得宽于50nm，于是不适合作为发光层。因此在这种情况下，极为不适合于本申请文件所强调的高颜色纯度发光体。因此，为了制作高颜色纯度发光体，重要的是使有机铵不包含发色团，使发光产生于无机物晶格，所述无机物晶格由中心金属-卤族元素构成。即，本专利技术的焦点在于，开发出一种无机物晶格中产生发光的高颜色纯度及高效率的发光体。例如，在韩国公开专利第10-2001-0015084号(2001.02.26)中披露出如下的电子发光元件：将含染料有机-无机混性物质形成为并非粒子的薄膜形态而利用为发光层。然而，其并非是从钙钛矿晶格结构(latticestructure)中产生发光。然而，有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿具有较小的激子结合能，因此存在如下的根本性问题：虽然可在低温下发光，然而在常温下，却由于热离子化及电荷载子的离域化，使激子无法去往发光，而是分离为自由电荷而泯灭。并且，当自由电荷重新再结合而形成激子时，激子因周围的具有高导电性的层而泯灭，于是存在无法实现发光的问题。因此，需要对一种可应用于多样的电子元件的具有改进的特性的钙钛矿材料进行研究。
技术实现思路
技术问题本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种纳米结晶粒子，其为了防止热离子化、电荷载子的离域化及离子的猝灭(quenching)，将有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿合成为纳米结晶粒子而替代薄膜形态，从而使发光效率和耐久性-稳定性提高。并且，以往随着量子点的尺寸减小为玻尔直径(Bohrdiameter)以下，尺寸调节变得困难，而且颜色纯度及光谱受到尺寸影响，且因纳米结晶表面的缺陷(defect)反而使效率降低。为了解决这一缺点，本专利技术提供一种纳米结晶粒子，其在不受到量子限域效应的影响的大于玻尔直径的大小下表现出最大发光效率。进而，本专利技术旨在提供一种将掺杂(Doping)的有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿合成为纳米结晶而使发光效率进一步提高的纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件。此外，本专利技术还旨在提供一种可分散于有机溶剂并能够作为多样的电子元件加以应用的纳米结晶粒子。技术方案为了解决如上所述的技术问题，本专利技术的一个方面提供一种钙钛矿纳米结晶粒子。这种钙钛矿纳米结晶粒子的特征在于，能够分散于有机溶剂，且可以包含钙钛矿纳米结晶结构。在此，所述钙钛矿可以是有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿；所述钙钛矿纳米结晶粒子可具有因大于玻尔直径(Bohrdiameter)而不受量子限域效应(Quantumconfinementeffect)的影响的区域的直径。并且，所述钙钛矿纳米结晶粒子的特征在于，发光体具有20nm至30nm的直径。所述有机溶剂可包括质子性溶剂或非质子性溶剂；所述质子性溶剂可包括二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、伽玛丁内酯(gammabutyrolactone)、N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone)或二甲基亚砜(dimethylsu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，能够分散于有机溶剂，且包含钙钛矿纳米结晶结构；所述钙钛矿是有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿；所述钙钛矿纳米结晶粒子具有因大于玻尔直径而不受量子限域效应的影响的区域的直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.06 KR 10-2014-0153968;2014.11.06 KR 10-2011.一种钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，能够分散于有机溶剂，且包含钙钛矿纳米结晶结构；所述钙钛矿是有机无机杂化钙钛矿或无机金属卤化物钙钛矿；所述钙钛矿纳米结晶粒子具有因大于玻尔直径而不受量子限域效应的影响的区域的直径。2.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，所述钙钛矿纳米结晶粒子的发光体具有20nm至30nm的直径。3.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其中，所述有机溶剂包括质子性溶剂或非质子性溶剂；所述质子性溶剂包括二甲基甲酰胺、伽玛丁内酯、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜；所述非质子性溶剂包括二氯乙烯、三氯乙烯、氯仿、氯苯、二氯苯、苯乙烯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲苯、甲苯、环己烯或异丙醇。4.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，所述钙钛矿纳米结晶粒子被作为发光体使用。5.如权利要求4所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，所述发光体的发光波长为200nm至1300nm。6.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，所述钙钛矿纳米结晶粒子具有球形、圆柱、椭圆柱或多棱柱形态。7.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其特征在于，所述钙钛矿纳米结晶粒子的带隙能并不依赖于粒子大小而是被结晶的结构所确定。8.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其中，所述钙钛矿纳米结晶粒子的带隙能为1eV至5eV。9.如权利要求1所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其中，所述钙钛矿包含ABX3、A2BX4、ABX4或An-1BnX3n+1的结构，其中，n为2至6之间的整数；所述A为有机铵或碱金属物质，所述B为金属物质，所述X为卤族元素。10.如权利要求9所述的钙钛矿纳米结晶粒子，其中，所述有机铵是脒系有机离子、(CH3NH3)n、((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n、(RNH3)2、(CnH2n+1NH3)2、(CF3NH3)、(CF3NH3)n、((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n、((CxF2x+1)nNH3)2或(CnF2n+1NH3)2，其中，n为1以上的整数，x为1以上的整数；所述碱金属物质为Na、K、Rb、Cs或Fr；所述B为2价过渡金属、稀土金属、碱土金属、Pb、Sn、Ge、Ga、In、Al、Sb、Bi、Po或者其组合；所述X为Cl、Br、I或者其组合。11.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泰雨，任相爀，金荣训，曹勋灿，
申请(专利权)人：浦项工科大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR