一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管及其制备方法。从下到上依次包括ITO透明导电玻璃基片阳极基底、40 nm的PEDOT:PSS空穴传输层、50 nm的钙钛矿发光层、10 nm的IPFB界面修饰层、45 nm的TPBi电子传输层、1 nm的LiF电子注入层和100 nm的Al阴极层。本发明专利技术制备的基于界面修饰的钙钛矿发光二极管工艺简单、成本低廉，并且膜表面粗糙度低、结晶性好，适合应用于大面积制备高效的钙钛矿太阳能电池、发光二极管、光敏元件和激光器件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管及其制备方法
本专利技术属于半导体器件领域,特别涉及一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管及其制备方法。
技术介绍
有机半导体材料具有质轻、柔性、成本低等优点，在有机发光二极管、激光、太阳能电池等领域应用广泛。当前的限制在于难以得到有效的大面积的发光层。有机半导体材料的光电转换器件是有机电致发光二极管和太阳能电池的核心。近年来,钙钛矿材料由于具有出色的光伏性能和较高的能量转化率,使得其在光电子学中具有巨大潜在应用价值。基于钙钛矿材料的发光二极管是一种使用诸如（CH3NH3PbX3）形式的化合物作为吸光材料的发光二极管，发光二极管的基本结构从下往上依次分为透明基底层、透明导电电极、空穴/电子传输层、钙钛矿发光层、电子/空穴传输层、金属电极。其中研发重点关注的是钙钛矿发光层。研究表明,层与层之间的界面在器件的效率和寿命扮演着举足轻重的作用。现有的制备钙钛矿吸光层方法中会有少量的杂质残留在薄膜中,影响薄膜性质稳定。钙钛矿发光层厚度较薄（一般小于20nm），且形成的晶体无法完全覆盖膜层，导致上下两层阻挡层直接接触，从而形成电分流通路，影响薄膜电学性质稳定，降低了发光效率。此外，由于晶体大小不一，覆盖不完整还影响了薄膜的平整度,造成薄膜的厚度不一，平整度差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，通过IPFB抑制钙钛矿的结晶从而提高钙钛矿发光层的覆盖率进而提高发光强度，提供一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管及其制备方法。本专利技术公开了一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管，从下到上依次包括阳极基底、空穴传输层、钙钛矿发光层、界面修饰层、电子传输层、电子注入层和阴极层，其特征在于，所述界面修饰层为碘五氟苯（IPFB）。优选地，所述空穴传输层厚度为40~50nm，钙钛矿发光层厚度为50~60nm，界面修饰层厚度为10~15nm，电子传输层厚度为45~55nm，电子注入层厚度为1~2nm，阴极层厚度为100~110nm。本专利技术还公开了一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管的制备方法，包括如下步骤：（1）将ITO透明导电玻璃基片作为阳极基底进行标准化清洗后烘干；（2）将ITO透明导电玻璃基片放于紫外灯下照射，然后将PEDOT:PSS旋涂在ITO上，制备得到空穴传输层；（3）制备并旋涂钙钛矿前驱溶液，制备得到钙钛矿发光层；（4）退火后旋涂IPFB溶液，将制好的片子置于真空腔内，抽真空后形成界面修饰层；（5）在步骤（4）的IPFB界面修饰层上真空蒸镀TPBi，形成电子传输层；（6）在步骤（5）的电子传输层上依次真空蒸镀LiF和Al，形成电子注入层和阴极层，即得钙钛矿发光二极管器件。优选地，所述步骤（1）的具体制备方法为：将ITO透明导电玻璃基片先在去离子水中冲洗，接着用去离子水、丙酮、乙醇擦洗，然后用超声仪分别在离子水、丙酮、乙醇中超声10min，最后在洁净的环境下烘烤至完全去除水分。优选地，所述步骤（2）的具体制备方法为：将ITO透明导电玻璃基片放于紫外灯下照射10min，然后将PEDOT:PSS旋涂在ITO上，旋涂转速条件为3000r/60s，再在120℃下干燥30min，放入手套箱中。优选地，所述步骤（3）的具体制备方法为：首先将CH3NH3Br和PbBr2以2：1的摩尔比溶于DMF中，60℃搅拌2h，制成5wt%的钙钛矿前驱溶液，旋涂钙钛矿前驱溶液，旋涂转速条件为3000r/60s。优选地，所述步骤（4）的具体制备方法为：IPFB溶于氯苯溶液，60℃搅拌2h，制成10mg/ml的IPFB溶液；在60℃退火1min后旋涂IPFB溶液，停留40s后旋涂，旋涂转速条件为3000r/45s，60℃退火40min，钝化钙钛矿膜层，将制好的片子置于真空腔内，抽真空至4.0*10-4Pa。优选地，所述步骤（5）中，蒸镀速率为1Å/s。优选地，所述步骤（6）中，LiF和Al的蒸镀速率分别为0.2Å/s和1Å/s。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术制作工艺简单便捷、制备难度低，采用旋涂制备钙钛矿发光二极管器件的界面修饰层（IPFB薄膜层），易于制作、重复性好。通过旋涂单层薄膜退火的制备方法,达到界面修饰的效果，避免了需要通过真空蒸镀有机或无机材料作为空穴注入层的方法。通过IPFB来钝化钙钛矿膜层、抑制钙钛矿的结晶，形成覆盖率大、膜层均匀的钙钛矿膜层，提高了钙钛矿发光层的覆盖率，从而提高钙钛矿发光二极管的发光强度。IPFB的加入有助于激子的复合，提高器件性能，适合应用于大面积制备高效的钙钛矿太阳能电池、发光二极管、光敏元件和激光器件。附图说明图1经IPFB溶液处理前和处理后的CH3NH3PbBr3钙钛矿膜的XRD；图2经IPFB溶液处理前和处理后的CH3NH3PbBr3钙钛矿膜的SEM。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管，从下到上依次包括ITO透明导电玻璃基片阳极基底、40nm的PEDOT:PSS空穴传输层、50nm的钙钛矿发光层、10nm的IPFB界面修饰层、45nm的TPBi电子传输层、1nm的LiF电子注入层和100nm的Al阴极层。下面说明本专利技术的一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管的制备方法，包括如下步骤：（1）将ITO透明导电玻璃基片作为阳极基底先在去离子水中冲洗，接着用去离子水、丙酮、乙醇擦洗，然后用超声仪分别在离子水、丙酮、乙醇中超声10min，最后在洁净的环境下烘烤至完全去除水分。（2）将ITO透明导电玻璃基片放于紫外灯下照射10min，然后将PEDOT:PSS旋涂在ITO上，旋涂转速条件为3000r/60s，再在120℃下干燥30min，放入手套箱中，制备得到空穴传输层。（3）首先将CH3NH3Br和PbBr2以2：1的摩尔比溶于DMF中，60℃搅拌2h，制成5wt%的钙钛矿前驱溶液，旋涂钙钛矿前驱溶液，旋涂转速条件为3000r/60s，制备得到钙钛矿发光层。（4）IPFB溶于氯苯溶液，60℃搅拌2h，制成10mg/ml的IPFB溶液。在60℃退火1min后退火后旋涂IPFB溶液，旋涂转速条件为3000r/45s，60℃退火40min，钝化钙钛矿膜层，将制好的片子置于真空腔内，抽真空至4.0*10-4Pa，得到界面修饰层。（5）在步骤（4）的IPFB界面修饰层上真空蒸镀TPBi，形成电子传输层，其中蒸镀速率为1Å/s。（6）在步骤（5）的电子传输层上依次真空蒸镀LiF和Al，形成电子注入层和阴极层，其中LiF和Al的蒸镀速率分别为0.2Å/s和1Å/s。对比实施例除不包括步骤（4）的IPFB界面修饰层的制备外，其余均相同。如图1所示，可以看出，经IPFB溶液处理后的CH3NH3PbBr3钙钛矿膜，通过IPFB来钝化钙钛矿膜层、抑制钙钛矿的结晶，结晶更均匀。如图2所示，可以看出，经IPFB溶液处理后的CH3NH3PbBr3钙钛矿膜，覆盖率更高，膜层更均匀，有助于激子的复合，从而提高器件性能。本专利技术制作工艺简单便捷、制备难度低,采用旋涂制备钙钛矿发光二极管器件的界面修饰层（IPFB薄膜层），易于制作、重复性好。通过旋涂单层薄膜退火的制备方法,达到界面修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管，从下到上依次包括ITO透明导电玻璃基片阳极基底、空穴传输层、钙钛矿发光层、界面修饰层、电子传输层、电子注入层和阴极层，其特征在于，所述界面修饰层为IPFB。

【技术特征摘要】
1.一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管，从下到上依次包括ITO透明导电玻璃基片阳极基底、空穴传输层、钙钛矿发光层、界面修饰层、电子传输层、电子注入层和阴极层，其特征在于，所述界面修饰层为IPFB。2.根据权利要求1所述的一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层厚度为40~50nm，钙钛矿发光层厚度为50~60nm，界面修饰层厚度为10~15nm，电子传输层厚度为45~55nm，电子注入层厚度为1~2nm，阴极层厚度为100~110nm。3.根据权利1或2所述的一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将ITO透明导电玻璃基片作为阳极基底进行标准化清洗后烘干；（2）将ITO透明导电玻璃基片放于紫外灯下照射，然后将PEDOT:PSS旋涂在ITO上，制备得到空穴传输层；（3）制备并旋涂钙钛矿前驱溶液，制备得到钙钛矿发光层；（4）退火后旋涂IPFB溶液，将制好的片子置于真空腔内，抽真空后形成界面修饰层；（5）在步骤（4）的IPFB界面修饰层上真空蒸镀TPBi，形成电子传输层；（6）在步骤（5）的电子传输层上依次真空蒸镀LiF和Al，形成电子注入层和阴极层，即得钙钛矿发光二极管器件。4.根据权利要求3所述的一种基于界面修饰的钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体实施方法为：将ITO透明导电玻璃基片先在去离子水中冲洗，接着用去离子水、丙酮、乙醇擦洗，然后用超声仪分别在离子水、丙酮...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂真珍，吕兰兰，冯增勤，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32