一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件及其制备方法。本发明专利技术基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件，包括依次设置的阳极层、空穴传输层、钙钛矿发光层、电子传输层和柔性衬底；所述阳极层采用Au，所述空穴传输层采用Spiro‑OMeTAD，所述钙钛矿发光层采用Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料，所述电子传输层采用非晶非连续电子传输材料SnO2，所述柔性衬底采用ITO/PEN。本发明专利技术所属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件的制备方法简单易行、成本低廉，制备得到的柔性红光电注入发光器件有效解决了柔性钙钛矿器件的弯曲稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体材料发光技术，尤其涉及一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件及其制备方法。
技术介绍
有机金属卤化物钙钛矿具有惊人的光电性能，近年来在太阳能电池和发光二极管领域的应用受到广泛关注。它的独特性能包括高效电荷提取能力、可连续调控的光学带隙、载流子扩散长度达100～1000nm、激子寿命长达100ns、以及低加工温度等优异的材料性能。对于钙钛矿型太阳能电池(PSCs)，在不到五年的时间里，认证的转换效率(PCE)已经迅速提高到23％以上，这种性能与现代最先进的已经发展50多年的单晶硅太阳能电池相当。根据Shockley-Quieisser公式的平衡原理，高效的太阳能电池材料，亦是理想的发光材料。按照这种思路，基于有机金属卤化物钙钛矿材料可以获得了很强的电致发光(EL)光谱并可制备可调发射光谱的钙钛矿发光二极管(Pe-LED)。特别是Pe-LED在红色、绿色和蓝色光领域发展迅速。目前，关于钙钛矿器件的研究主要集中在努力提高器件的效率和稳定性，因为这两个因素通常被认为是其商业化最具挑战性的瓶颈问题。另一个研究焦点是探究PSCs和Pe-LED的柔性器件，用来满足可穿戴的商业应用。与刚性器件相比，柔性器件具有更多的优点，如，以较轻的重量产生较高的功率输出、易于携带、易于附接到具有不同形状的结构或纺织品上，并且与大规模印刷相兼容。因此，柔性器件的应用更广泛便捷。众所周知，基于有机金属卤化物钙钛矿的柔性器件的性能主要取决于器件受弯曲时各功能层的稳定性，器件的性能在弯曲后因各种功能层损坏会急剧下降。目前，大多数有机金属卤化物钙钛矿(包括PSC和Pe-LED)上的柔性器件都包含多层结构，通常包括用于活性层的钙钛矿层，其夹在空穴传输层(HTL)和电子传输层之间。传输层主要采用一系列有机聚合物，载流子特别是电子的传输能力远低于无机材料。不耐高温(大多数情况下在150℃)的柔性衬底大大限制了半导体薄膜的退火和机械性能的充分优化，导致器件性能较差。此外，由于各层界面严重破坏，柔性器件的性能将随着弯曲次数的增加而变得非常差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前有机金属卤化物钙钛矿(包括PSC和Pe-LED)上的柔性器件的弯曲稳定性差的问题，提出一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件，该柔性红光电注入发光器件具有优良的弯曲稳定性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件，包括依次设置的阳极层、空穴传输层、钙钛矿发光层、电子传输层和柔性衬底；所述阳极层采用Au，所述空穴传输层采用Spiro-OMeTAD，所述钙钛矿发光层采用Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料，所述电子传输层采用非晶非连续电子传输材料SnO2，所述柔性衬底采用ITO/PEN。本专利技术的另一个目的还公开了一种上述基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件的制备方法，包括以下步骤：在柔性导电的ITO/PEN衬底上，采用全低温溶液法，依次生长电子传输层(非晶非连续电子传输材料SnO2)、钙钛矿发光层[Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料]和空穴传输层(Spiro-OMeTAD)，并在空穴传输层上蒸镀金电极，制备得到基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件(Perovskitelightemittingdiode，以下简称Pe-LED)。进一步地，非晶非连续电子传输材料SnO2(也称SnO2溶胶凝胶)的制备方法如下：将SnCl2·2H2O溶解于无水乙醇中，得到SnCl2·2H2O浓度为0.10～0.12g/1mL的无水乙醇溶液，置于容器中，在70～80℃条件下回流2.5～3.5h，20～40℃(优选为30℃)陈化2.5～3.5h，放置于室温下1～3d后(优选为2d)，得到浅淡黄色溶胶即为非晶非连续电子传输材料SnO2。进一步地，混合钙钛矿前驱液[Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料]的制备方法如下：步骤1：首先将质量比为0.645～0.655：0.102～0.104：0.218～0.225：0.024～0.032的PbI2、PbBr2、HC(NH2)2I(FAI)和CH3NH3Br(MABr)混合，然后将上述混合物加入到体积比为0.7～0.9:0.1～0.3的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和DMSO(二甲基亚砜)的混合溶剂中溶解，在55～65℃下搅拌0.5～1.5h得到前驱体一；混合物与混合溶剂的质量比为760～800：0.9～1.1；步骤2：将CsI溶解于DMSO中，得到CsI浓度为0.38～0.4mg/1uL的DMSO溶液，加入玻璃容器中，在55～65℃下搅拌0.5～1.5h得到前驱体二；步骤3：将前驱体一与前驱体二按照体积比为0.03～0.07:0.93～0.97混合，制备得到混合钙钛矿前驱液。进一步地，空穴传输层Spiro-OMeTAD溶液制备方法如下：将空穴传输材料Spiro-OMeTAD(CuPc-DMP)加入到双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)溶液(520mg/1mL乙腈)、4-叔丁基吡啶(TBP)、Co盐(如二氯化钴)溶液(300mg/1mL乙腈)和氯苯的混合溶液中，搅拌均匀制备Spiro-OMeTAD溶液，所述混合溶液中Li-TFSI溶液、TBP、Co盐溶液和氯苯体积比为0.018～0.019：0.029～0.031：0.017～0.019：0.92～0.94。进一步地，所述柔性红光电注入发光器件的制备包括以下步骤：在柔性导电的ITO/PEN衬底上生长电子传输层包括以下步骤：电子传输层采用单步旋涂法制备，开启旋涂机，设置3000转30s，将ITO/PEN柔性衬底放在旋涂机的旋转托架上通过真空吸附固定，并启动旋涂机，取配制好的非晶非连续电子传输材料SnO2(例如60～80uL)，在距离旋转结束20～22s之间，稳定匀速的滴在旋转着的ITO/PEN柔性衬底上，旋涂机停止转动后，将样品移至100℃的热板上，退火0.5～1.5h，然后放入臭氧处理20～30min；生长钙钛矿发光层[Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料]，采用单步滴加反溶剂法旋涂制备；将混合钙钛矿前驱液均匀涂于臭氧处理后的样品上，启动旋涂机，旋涂设置是先1000转10s紧接着5000转30s；取三氟甲苯溶液(例如100～140uL)，在距离旋涂机旋转结束14～16s之间迅速将该溶液滴加到旋转着的样品上；旋涂机停止转动后，将样品移至85℃的热板上，退火30～50min；然后将样品移至器皿中自然冷却至室温；旋涂空穴传输层(Spiro-OMeTAD)并蒸镀金电极，获得结构为Au/Spiro-OMeTAD/Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3/SnO2/ITO/PEN的基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件,其结构见图1。本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件，其特征在于，包括依次设置的阳极层、空穴传输层、钙钛矿发光层、电子传输层和柔性衬底；所述阳极层采用Au，所述空穴传输层采用Spiro‑OMeTAD，所述钙钛矿发光层采用Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料，所述电子传输层采用非晶非连续电子传输材料SnO2，所述柔性衬底采用ITO/PEN。

【技术特征摘要】
1.一种基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件，其特征在于，包括依次设置的阳极层、空穴传输层、钙钛矿发光层、电子传输层和柔性衬底；所述阳极层采用Au，所述空穴传输层采用Spiro-OMeTAD，所述钙钛矿发光层采用Cs0.05FA0.8075MA0.1425Pb(I0.85Br0.15)3混合钙钛矿薄膜材料，所述电子传输层采用非晶非连续电子传输材料SnO2，所述柔性衬底采用ITO/PEN。2.一种权利要求1所述基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在柔性导电的ITO/PEN衬底上，采用全低温溶液法，依次生长电子传输层、钙钛矿发光层和空穴传输层，并在空穴传输层上蒸镀金电极，制备得到基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件。3.根据权利要求2所述基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件的制备方法，其特征在于，非晶非连续电子传输材料SnO2的制备方法如下：将SnCl2·2H2O溶解于无水乙醇中，得到SnCl2·2H2O浓度为0.10～0.12g/1mL的无水乙醇溶液，在70～80℃条件下回流2.5～3.5h，20～40℃陈化2.5～3.5h，放置于室温下1～3d后，得到浅淡黄色溶胶即为非晶非连续电子传输材料SnO2。4.根据权利要求2所述基于金属卤化物钙钛矿发光层的柔性红光电注入发光器件的制备方法，其特征在于，混合钙钛矿前驱液的制备方法如下：步骤1、首先将质量比为0.645～0.655：0.102～0.104：0.218～0.225：0.024～0.032的PbI2、PbBr2、HC(NH2)2I(FAI)和CH3NH3Br(MABr)混合，然后将上述混合物加入到体积比为0.7～0.9:0.1～0.3的DMF和DMSO的混合溶剂中溶解，在55～65℃下搅拌0.5～1.5h得到前驱体一；混合物与混合溶剂的质量比为760～800：0.9～1.1；步骤2：将CsI溶解于DMSO中，得到CsI浓度为0.38～0.4mg/1uL的D...

【专利技术属性】
技术研发人员：边继明，王敏焕，刘洪珠，冯昱霖，董庆顺，史彦涛，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21