一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法及应用技术

本发明专利技术属于半导体材料及器件领域，公开了一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法及应用，该方法是先以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件，通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压，能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程，稳定该二极管器件的发光光谱，稳定混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱；其中，交流电中的正向电压波形能够驱动二极管器件工作，反向电压波形能够驱动二极管器件内离子迁移。本发明专利技术通过引入交流电，利用交流电正反向电压对钙钛矿中的卤素的离子迁移进行抑制和回复，稳定钙钛矿的结构相，与现有技术相比能够有效稳定混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱。

A method for stabilizing the electroluminescence spectrum of mixed halogen perovskite and its application

【技术实现步骤摘要】
一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法及应用
本专利技术属于半导体材料及器件领域，更具体地，涉及一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法。
技术介绍
卤素钙钛矿材料是近年来倍受关注的光电子材料，在太阳能电池(PV)，发光二极管(LED)，光学探测，催化等多方面都有着广泛的应用。卤素钙钛矿材料中，最具有代表性的是ABX3单钙钛矿结构材料。其中A是有机胺或无机碱金属，例如甲胺，Cs等，B是可形成配位八面体的金属阳离子，例如Pb2+，Sn2+等，目前也有以三价离子(Bi3+，Sb3+等)代替B位以形成低维度的钙钛矿结构，X代表着卤素，I-，Br-或Cl-。钙钛矿的杰出的性能归因于它们优异的本征性能，例如在发光领域，基于材料本身在390-790nm可见光光谱范围内吸收，具备超大的光吸收系数，超低的体积缺陷密度，缓慢的俄歇复合以及平衡的双极性传输等特性，使得钙钛矿材料在高发光效率方面取得显著优势，荧光量子产率接近100％，外量子效率超过20％。目前有很多团队在此领域都做出了重大贡献，成功获得了功能性钙钛矿LED(PeLED)。所获得器件的颜色可调性通常是通过改变晶体结构中的I/Br或Br/Cl比来实现红-绿-蓝三种发光。但是他们也报告了他们的混合卤素离子所获得红色LED在620nm和蓝色470nm处的显着颜色不稳定性，并且认为它是由离子迁移导致的相分离引起的。这个光谱漂移问题可能会让这些材料的商业化可行性成为空谈。要注意的是，许多研究MAPb(I/Br)3薄膜，太阳能电池和发光的小组之前已经报道了离子迁移和偏析的卤化物区域。已经通过来自MAPb(I/Br)3膜在强激发(即，高电荷密度)下的PL光谱观察到来自卤素分相区域的光致发光(PL)发射，称为Hoke效应。红色是任何显示器的关键颜色，“纯”红色通常由发射峰值在620和650nm之间产生。较低的波长呈现橙红色，较高的波长看起来不那么明亮，因为人类视网膜对红光子的敏感性在较高波长下迅速下降。红色颜色不稳定性归因于CsPbBr(3-x)Ix的不稳定晶体结构中碘的数量。同样，蓝色也是显示的三基色之一，纯蓝光的发射峰在460-470nm之间，低波长偏紫色，高波长则是青色或绿色，蓝色颜色不稳定性归因于CsPbBr(3-x)Clx的不稳定晶体结构中氯的数量。尽管使用各种器件结构的PeLED的整体效率正在快速发展，但红色和蓝光发光的颜色不稳定性仍然是一个挑战。采用交流电来驱动混合卤素钙钛矿材料的电致发光器件的发光光谱的研究并无报道，尚属空白。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，通过将交流电引入到基于混合卤素钙钛矿材料的电致发光器件的驱动电场中，利用交流电正反向电压对钙钛矿中的卤素的离子迁移进行抑制和回复，稳定钙钛矿的结构相，与现有技术相比能够有效稳定混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱。本专利技术能够有效抑制混合卤素在电场下的离子迁移效应，得到稳定的发光光谱。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，其特征在于，该方法是先以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件，通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压，能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程，稳定该二极管器件的发光光谱，即，稳定所述混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱；其中，所述混合卤素钙钛矿发光材料中，卤素为氯元素、溴元素和碘元素中的至少两种；所述交流电的任意一个周期中包括正向电压波形和反向电压波形，其中，所述正向电压波形为能够驱动所述二极管器件工作的正向偏压，所述反向电压波形为能够驱动所述二极管器件内卤素离子迁移的反向偏压。作为本专利技术的进一步优选，所述混合卤素钙钛矿发光材料满足结构式ArBsXt，其中A为有机胺阳离子、Cs阳离子或Rb阳离子，B为Pb阳离子、Sn阳离子、Sb阳离子和Bi阳离子中的一种，X为I阴离子、Br阴离子和Cl阴离子中的任意两种；此外，r为满足1＜r的整数，s为满足1＜s的整数，t为能够使结构式ArBsXt满足价态平衡的整数。作为本专利技术的进一步优选，X为Br阴离子和Cl阴离子的组合，并且，所述混合卤素钙钛矿发光材料中Br元素与Cl元素的摩尔比为5.5:4.5。作为本专利技术的进一步优选，所述以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件，具体是以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料采用溶液旋涂法或热蒸发法制备发光二极管器件。作为本专利技术的进一步优选，所述交流电为方波波形的交流电，该交流电的频率大于0Hz且不超过5000Hz；在任意一个交流电周期中，正向电压波形的时长与反向电压波形的时长之比满足9:1～1:9，其中，所述正向电压波形向所述二极管器件提供的正向偏压为+1V～+10V，所述反向电压波形向所述二极管器件提供的反向偏压为-10V～-1V。作为本专利技术的进一步优选，所述交流电的频率满足50Hz；在任意一个交流电周期中，正向电压波形的时长与反向电压波形的时长之比满足2:8，其中，所述正向电压波形向所述二极管器件提供的正向偏压为+6V，所述反向电压波形向所述二极管器件提供的反向偏压为-4V。按照本专利技术的另一方面，提供了一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的应用方法，其特征在于，该应用方法具体是针对发光层为混合卤素钙钛矿发光材料的发光二极管器件，以该发光二极管器件为对象，通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压，能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程，稳定所述混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱，实现所述二极管器件发光光谱的稳定；其中，所述混合卤素钙钛矿发光材料中，卤素为氯元素、溴元素和碘元素中的至少两种；所述交流电的任意一个周期中包括正向电压波形和反向电压波形，其中，所述正向电压波形为能够驱动所述二极管器件工作的正向偏压，所述反向电压波形为能够驱动所述二极管器件内卤素离子迁移的反向偏压。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于以交流电驱动混合卤素钙钛矿的发光二极管，具有以下优点：(1)在驱动混合卤素钙钛矿发光二极管时，采用交流电实现离子迁移的抑制，有效的稳定发光光谱。本专利技术所采用的交流电，其任意一个周期中均包括正向电压波形和反向电压波形，其中，正向电压波形为能够驱动所述二极管器件工作的正向偏压，反向电压波形为能够驱动所述二极管器件内离子迁移的反向偏压，发光二极管依据正向、反向驱动讯号的工作周期轮序驱动。本专利技术能够同时提升稳定混合卤素钙钛矿电致发光二极管发光光谱在600～650nm(红色发光)、460～470nm(蓝光发光)的稳定性。(2)本专利技术尤其可以通过对交流电的频率、占空比等参数进行优选控制，能够有效实现光谱寿命的延长。本专利技术尤其通过对电致发光驱动电压的偏压值，交流电的占空比和频率等各条件进行摸索，利用正反向电压下卤素离子迁移的方向变化，调控混合卤素钙钛矿材料中卤素离子的位置和环境，与现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，其特征在于，该方法是先以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件，通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压，能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程，稳定该二极管器件的发光光谱，即，稳定所述混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱；/n其中，所述混合卤素钙钛矿发光材料中，卤素为氯元素、溴元素和碘元素中的至少两种；/n所述交流电的任意一个周期中包括正向电压波形和反向电压波形，其中，所述正向电压波形为能够驱动所述二极管器件工作的正向偏压，所述反向电压波形为能够驱动所述二极管器件内卤素离子迁移的反向偏压。/n

【技术特征摘要】
1.一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，其特征在于，该方法是先以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件，通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压，能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程，稳定该二极管器件的发光光谱，即，稳定所述混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱；
其中，所述混合卤素钙钛矿发光材料中，卤素为氯元素、溴元素和碘元素中的至少两种；
所述交流电的任意一个周期中包括正向电压波形和反向电压波形，其中，所述正向电压波形为能够驱动所述二极管器件工作的正向偏压，所述反向电压波形为能够驱动所述二极管器件内卤素离子迁移的反向偏压。


2.如权利要求1所述稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，其特征在于，所述混合卤素钙钛矿发光材料满足结构式ArBsXt，其中A为有机胺阳离子、Cs阳离子或Rb阳离子，B为Pb阳离子、Sn阳离子、Sb阳离子和Bi阳离子中的一种，X为I阴离子、Br阴离子和Cl阴离子中的任意两种；
此外，r为满足1＜r的整数，s为满足1＜s的整数，t为能够使结构式ArBsXt满足价态平衡的整数。


3.如权利要求2所述稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，其特征在于，X为Br阴离子和Cl阴离子的组合，并且，所述混合卤素钙钛矿发光材料中Br元素与Cl元素的摩尔比优选为5.5:4.5。


4.如权利要求1所述稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法，其特征在于，所述以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件，具体是以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，谭智方，罗家俊，高亮，杨龙波，牛广达，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42