一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体发光器件技术领域，具体涉及一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED及其制备方法。其所述LED由透明导电衬底、空穴传输层、Cs

【技术实现步骤摘要】
一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED及其制备方法
本专利技术属于半导体发光器件
，具体涉及一种深蓝光LED及其制备方法。
技术介绍
高能效的深蓝光LED作为主流的固态光源之一，被广泛应用于宽色域显示、白光照明以及基于荧光的化学和生物传感器等领域。然而，目前蓝光LED的制备主要是基于III-V族InGaN体系半导体材料，该制备技术要依赖于昂贵的高温、高压生长设备，如分子束外延和金属有机化学气相沉积等，而且各功能层的生长工艺较为复杂。因此，从应用的角度考虑，亟待开发出价格低廉、性能优异且环境友好的蓝光发射材料。近年来，金属卤化物钙钛矿材料在发光领域的潜在应用开始引起人们的广泛关注，其低成本、荧光量子产率高、发光纯度高且光谱可调范围广的优势使得其在发光领域有很大的发展前景。目前，基于传统铅卤化物钙钛矿的红光、绿光LED的外量子效率均已超过了20％(K.B.Lin,J.Xing,L.N.Quan,F.P.D.Arquer,X.W.Gong,J.X.Lu,L.Q.Xie,W.J.Zhao,D.Zhang,C.Z.Yan,W.Q.Li,X.Liu,Y.Lu,J.Kirman,E.H.Sargent,Q.H.Xiong,andZ.H.Wei,Nature562,245(2018)；Y.Shen,L.P.Chen,Y.Q.Li,W.Li,J.D.Chen,S.T.Lee,andJ.X.Tang,Adv.Mater.31,1901517(2019))，可以和传统的有机LED和镉基量子点LED相媲美，但是蓝光钙钛矿LED的发展较为缓慢，所制备的器件在外量子效率和工作稳定性上还有很大的提升空间。其原因主要为：蓝光钙钛矿LED需要采用混合卤素的策略进行制备，但由于卤素阴离子在电场下的迁移问题，发光层的成分空间分布不再均匀，所制备的器件在通电后颜色会发生改变，导致光谱出现不稳定。更重要的是，目前所报道的蓝光钙钛矿LED均为传统的铅卤化物钙钛矿，存在铅毒性的先天不足，对人和环境有害(J.Sun,J.Yang,J.I.Lee,J.H.Cho,andM.S.Kang,J.Phys.Chem.Lett.9,1573(2018))。因此，寻找具有蓝光发射特征、制备成本低廉、稳定且环境友好的无铅材料作为LED的发光层无疑具有重要的科学意义和研究价值。考虑到三元铜基碘化物Cs3Cu2I5材料环保无毒、并具有深蓝色的本征发光，而且其典型的零维结构特征使得材料本身具有出色的稳定性。如果能够采用Cs3Cu2I5材料作为发光层，研发制备出高效稳定的深蓝光LED，将为新型、廉价、高效蓝光固态光源的研制提供新的策略。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED及其制备方法，采用无毒、稳定的Cs3Cu2I5纳米晶作为发光层，实现器件在电驱动下的深蓝光发射，从而获得长寿命、环境友好型的深蓝光LED。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，包括透明导电衬底，透明导电衬底上依次设有空穴传输层、Cs3Cu2I5纳米晶发光层、电子传输层及接触电极。所述透明导电衬底为ITO导电玻璃衬底或镀有ITO薄层的柔性衬底，ITO薄层的厚度为100～120纳米，电阻率为5.0×10-4～1.0×10-3欧姆·厘米。空穴传输层为p型NiO薄膜，其厚度为50～100纳米，电阻率为5.0×10-2～1.0×10-1欧姆·厘米。Cs3Cu2I5纳米晶发光层厚度为120～200纳米，其中单个纳米晶的尺寸为15～20纳米。电子传输层为1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯，其厚度为30～50纳米。接触电极为LiF和金属Al的复合材料，其厚度为40～60纳米。所述的基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED的制备方法，是按照下述步骤进行的：(1)清洗透明导电衬底；(2)采用磁控溅射法或金属有机化学气相沉积法在透明导电衬底上制备空穴传输层；(3)采用高温热注入法制备深蓝光发射的Cs3Cu2I5纳米晶溶液，并采用溶液旋涂的方式在空穴传输层上制备Cs3Cu2I5纳米晶发光层；(4)采用热蒸镀法在Cs3Cu2I5纳米晶发光层上沉积电子传输层；(5)采用热蒸镀法在电子传输层上沉积电极。优选的，步骤(3)中高温热注入法是按照下述方式实现的：将0.22毫摩尔的碳酸铯、0.5毫摩尔的油酸和5毫摩尔的十八烯混合并加热到100℃，并在氮气下保持2小时，之后升温之160℃，并在160℃下注入1毫升碘化亚铜前驱液，在反应10秒后使用冰水浴将其快速冷却；冷却后取出原始溶液并离心获得沉淀物，然后将沉淀物分散在正己烷中得到Cs3Cu2I5纳米晶溶液。优选的，步骤(3)中溶液旋涂的方式是按照下述方式实现的：在惰性气体保护下，将Cs3Cu2I5纳米晶溶液均匀旋涂在空穴传输层上，旋涂条件为，低速500转每分钟/5秒，高速3000转每分钟/30秒；最后对旋涂后的样品进行退火处理，退火温度为50℃，时间为10分钟，得到深蓝光发射的Cs3Cu2I5纳米晶发光层。本专利技术采用无毒、稳定的Cs3Cu2I5纳米晶作为发光层，实现高效、稳定且环境友好的新型深蓝光LED的制备。一方面，该器件从材料上屏蔽了重金属的使用，避免了对人体和环境带来的危害；另一方面，Cs3Cu2I5材料典型的零维结构特征使得材料本身具有出色的稳定性，这样器件能够在直流偏压下稳定工作，在7伏驱动电压下的工作寿命达到了108小时。因此，本专利技术中的LED可以克服传统铅卤化物钙钛矿LED在铅毒性和工作稳定性上的不足，从而为稳定、环境友好型深蓝光LED的制备研究提供了可行的方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED的结构示意图；图2为实施例1中用于空穴传输层的NiO薄膜的扫描电子显微镜照片；图3为实施例1中用于发光层的Cs3Cu2I5纳米晶的透射电子显微镜照片；图4为实施例2中用于空穴传输层的NiO薄膜的扫描电子显微镜照片；图5为实施例1中所制备的深蓝光LED的外量子效率-电压特性曲线；图6为实施例1中所制备的深蓝光LED在不同电压下的电致发光谱；图7为实施例1中所制备的深蓝光LED在7.0伏电压下连续工作的发光强度变化曲线；图8为实施例2中所制备的深蓝光LED的外量子效率-电压特性曲线；图9为实施例3中所制备的深蓝光LED的外量子效率-电压特性曲线。其中：1.透明导电衬底，2.空穴传输层，3.Cs3Cu2I5纳米晶发光层，4.电子传输层，5.接触电极。具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，包括透明导电衬底(1)，其特征在于：透明导电衬底(1)上依次设有空穴传输层(2)、Cs

【技术特征摘要】
1.一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，包括透明导电衬底(1)，其特征在于：透明导电衬底(1)上依次设有空穴传输层(2)、Cs3Cu2I5纳米晶发光层(3)、电子传输层(4)以及接触电极(5)。


2.根据权利要求1所述的一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，其特征在于：所述透明导电衬底(1)为ITO导电玻璃衬底或镀有ITO薄层的柔性衬底，ITO薄层的厚度为100～120纳米，电阻率为5.0×10-4～1.0×10-3欧姆·厘米。


3.根据权利要求1所述的一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，其特征在于：空穴传输层(2)为p型NiO薄膜，其厚度为50～100纳米，电阻率为5.0×10-2～1.0×10-1欧姆·厘米。


4.根据权利要求1所述的一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，其特征在于：Cs3Cu2I5纳米晶发光层(3)厚度为120～200纳米，其中单个纳米晶的尺寸为15～20纳米。


5.根据权利要求1所述的一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，其特征在于：电子传输层(4)为1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯，其厚度为30～50纳米。


6.根据权利要求1所述的一种基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED，其特征在于：接触电极(5)为LiF和金属Al的复合材料，其厚度为40～60纳米。


7.一种如权利要求1～6之一所述的基于三元铜基碘化物纳米晶的深蓝光LED的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：史志锋，王林涛，马壮壮，姬心震，王猛，李新建，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41