一种钙钛矿材料制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自组装多量子阱结构的钙钛矿材料，通过调整材料组分，可实现多量子阱宽度的可控调节及多量子阱之间有效的能量转移，发光颜色可以是近紫外、可见光和近红外光，并且可有效解决现有钙钛矿材料薄膜不连续和稳定性差的问题。

Perovskite material

The invention discloses a perovskite material with self-assembled multi-quantum well structure. By adjusting the composition of the material, the width of the multi-quantum well can be controlled and the effective energy transfer between the multi-quantum wells can be realized. The luminous color can be near ultraviolet, visible and near infrared light, and the existing thin perovskite material can be effectively solved. The problem of membrane discontinuity and poor stability.

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿材料本专利技术是针对2016年1月26日申请的、申请号为201610051400.4的、题为“一种钙钛矿光电器件、制备方法及一种钙钛矿材料”的专利技术专利申请提出的分案申请。
本专利技术涉及一种具有自组装多量子阱结构的钙钛矿材料。
技术介绍
步入21世纪以来，随着人类社会发展和生活水平提高，能源与环境面临严峻挑战，开发低功耗、绿色环保的新型设备成为人们的迫切需要。近年来，一种原料物丰价廉，能够通过低温溶液工艺低成本、大面积制备光电器件的有机-无机杂化钙钛矿材料引起了全世界相关领域研究人员的兴趣。钙钛矿薄膜是为数不多的电荷传输性能优异的晶体薄膜，同时作为低缺陷密度的直接带隙半导体材料，具有优异的发光特性，其光致发光量子效率高达70％，并且发光波长可通过能带工程进行调节。然而，目前三维钙钛矿材料成膜质量和稳定性较差的问题成为限制发光器件和光伏器件性能的重要因素，虽然二维层状钙钛矿薄膜具有较好的成膜性和稳定性，但是薄膜的光致发光量子效率低，器件需要在低温条件下才能实现发光。因此，很有必要进一步优化钙钛矿材料来提升器件性能和稳定性。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种发光效率高的具有自组装多量子阱结构的钙钛矿材料。技术方案：本专利技术所述的钙钛矿材料通过AX1、BX2和MX32按摩尔比1～100:1～100:1～100制备得到；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、吡啶或咪唑有机阳离子中的任意一种；B为R2-NH3+或碱金属离子，R2为具有1个碳原子的基团；M为金属元素；X1、X2和X3分别独立地为卤族元素。进一步，所述A为R1-Y+，其中R1为具有1～20个碳原子的脂族烃基、具有5～50个碳原子的脂环族烃基、具有6～50个碳原子的任取代的芳基或具有3～50个碳原子的任取代的杂环基，Y+为胺、吡啶或咪唑有机阳离子中的任意一种。进一步，所述A选自下述有机基团中的任意一种或几种：进一步，所述A为R1-(Y+)2，其中R1为具有1～20个碳原子的脂族烃基、具有5～50个碳原子的脂环族烃基、具有6～50个碳原子的任取代的芳基、具有3～50个碳原子的任取代的杂环基，Y+为胺、吡啶或咪唑有机阳离子中的任意一种或者几种的组合。进一步，所述A选自如下有机基团中的任意一种或几种：进一步，所述B为有机胺基团甲胺、甲脒、K+、Rb+和Cs+中的任意一种或者几种的组合。进一步，所述金属元素M为第四主族金属Pb2+、Ge2+、Sn2+中的任意一种，或过渡金属Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Eu2+、Yb2+中的任意一种，或者上述金属元素中几种的组合。进一步，所述X1、X2和X3分别独立地选自Cl、Br和I中的任意一种或者几种的组合。进一步，所述钙钛矿材料是通过采用在衬底上旋涂由AX1、BX2和MX32制备而成的前驱体溶液，采用蒸镀法蒸镀所述前驱体材料，或者采用蒸镀法和溶液法相结合的方法制备得到，其具有自组装多量子阱结构，多量子阱之间可实现能量转移。有益效果：与现有技术相比，本专利技术公开了一种具有自组装多量子阱结构的钙钛矿材料，通过调整材料组分可实现钙钛矿量子阱宽度和薄膜带隙的可控调整，能实现多量子阱之间有效的能量转移，薄膜发光颜色可以是可见光、近红外、近紫外，并且可有效解决现有钙钛矿材料薄膜不连续和稳定性差的问题。该类材料适合作为发光材料，能够对器件发光效率和寿命有很大提高，也可作为光敏层应用在光伏器件中，能有效提高器件的开路电压和光电转换效率，同时该类材料可作为载流子传输层，有效提高器件性能。附图说明图1是本专利技术所提供的钙钛矿型器件的结构示意图；图2是本专利技术所提供的钙钛矿材料的结构示意图；图3是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿材料的吸收和光致发光光谱图；图4是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿薄膜的光致激发光谱；图5是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿薄膜的能量转移过程的示意图；图6是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿薄膜的AFM图像；图7是本专利技术所提供的实施例2的钙钛矿薄膜的时间分辨的瞬态PL衰减图；图8是本专利技术所提供的实施例3的钙钛矿材料的吸收和光致发光光谱图；图9是本专利技术所提供的实施例3的钙钛矿薄膜的AFM图像；图10是本专利技术所提供的实施例3的钙钛矿薄膜的时间分辨的瞬态PL衰减图；图11是本专利技术所提供的实施例4的钙钛矿材料的吸收和光致发光光谱图；图12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13是本专利技术所提供的实施例5的钙钛矿材料的吸收和光致发光光谱图；图14是本专利技术所提供的实施例5的钙钛矿薄膜的AFM图像；图15是本专利技术所提供的实施例6的钙钛矿材料光致发光光谱图；图16是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件结构图；图17是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件能级设计图；图18是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件中钙钛矿层的元素分布图；图19是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件中钙钛矿层的HRTEM和FFT图；图20是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件的发光光谱及MQWLED器件照片；图21是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件电流密度-辐射强度-电压关系曲线；图22是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件外量子效率-电光转换效率-电流密度关系曲线；图23是本专利技术所提供的实施例7的MQWLED器件的性能统计图；图24是本专利技术所提供的实施例8的MQWLED器件的发光光谱及大面积MQWLED器件照片；图25是本专利技术所提供的实施例8的MQWLED器件电流密度-辐射强度-电压关系曲线；图26是本专利技术所提供的实施例8的MQWLED器件外量子效率-电光转换效率-电流密度关系曲线；图27是本专利技术所提供的实施例8的MQWLED器件的性能统计图；图28是本专利技术所提供的实施例8的MQWLED器件的稳定性；图29是本专利技术所提供的实施例9的MQWLED器件的发光光谱图；图30是本专利技术所提供的实施例10的MQWLED器件的发光光谱；图31是本专利技术所提供的实施例10的MQWLED器件电流密度-电压关系曲线；图32是本专利技术所提供的实施例10的MQWLED器件外量子效率-电流密度关系曲线；图33是本专利技术所提供的实施例11的MQWLED器件的发光光谱；图34是本专利技术所提供的实施例11的MQWLED器件电流密度-电压关系曲线；图35是本专利技术所提供的实施例11的MQWLED器件外量子效率-电流密度关系曲线；图36是本专利技术所提供的实施例12的MQWLED器件的发光光谱；图37是本专利技术所提供的实施例12的MQWLED器件电流密度-电压关系曲线；图38是本专利技术所提供的实施例12的MQWLED器件外量子效率-电流密度关系曲线；图39是本专利技术所提供的实施例13的MQWLED器件的发光光谱；图40是本专利技术所提供的实施例13的MQWLED器件电流密度-电压关系曲线；图41是本专利技术所提供的实施例13的MQWLED器件外量子效率-电流密度关系曲线；图42是本专利技术所提供的实施例14的MQWLED器件的发光光谱；图43是本专利技术所提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿材料，其特征在于：所述钙钛矿材料通过AX1、BX2和MX32按摩尔比1～100:1～100:1～100制备得到；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、吡啶或咪唑有机阳离子中的任意一种；B为R2‑NH3+或碱金属离子，R2为具有1个碳原子的基团；M为金属元素；X1、X2和X3分别独立地为卤族元素。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿材料，其特征在于：所述钙钛矿材料通过AX1、BX2和MX32按摩尔比1～100:1～100:1～100制备得到；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、吡啶或咪唑有机阳离子中的任意一种；B为R2-NH3+或碱金属离子，R2为具有1个碳原子的基团；M为金属元素；X1、X2和X3分别独立地为卤族元素。2.根据权利要求1所述的钙钛矿材料，其特征在于：所述A为R1-Y+，其中R1为具有1～20个碳原子的脂族烃基、具有5～50个碳原子的脂环族烃基、具有6～50个碳原子的任取代的芳基或具有3～50个碳原子的任取代的杂环基，Y+为胺、吡啶或咪唑有机阳离子中的任意一种。3.根据权利要求2所述的钙钛矿材料，其特征在于：所述A选自下述有机基团中的任意一种或几种：4.根据权利要求1所述的钙钛矿材料，其特征在于：所述A为R1-(Y+)2，其中R1为具有1～20个碳原子的脂族烃基、具有5～50个碳原子的脂环族烃基、具有6～50个碳原子的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建浦，王娜娜，葛睿，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