一种顶发射硅基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顶发射硅基钙钛矿发光二极管，以硅片作为器件衬底，在硅片上依次设有底部金属电极、过渡层、空穴传输层、钙钛矿发光层及修饰层、电子传输层、透明电极和增透介质层。本发明专利技术还公开了该发光二极管的制备方法：以硅片作为器件衬底，在此基础上蒸镀底部金属电极，之后利用磁控溅射的方法制备一层过渡层，再在过渡层上依次旋涂空穴传输层、钙钛矿发光层、修饰层，旋涂完成后利用真空蒸镀的方式依次制备电子传输层、透明电极及增透介质。该发光二极管解决了p型硅片能带不够匹配的问题；克服了空穴传输层在不同衬底上性状不统一的困难；在保证电流正常注入、不损害钙钛矿层的前提下尽可能提高出光率从而提升器件的外量子效率。

A top emitting silicon based perovskite light emitting diode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种顶发射硅基钙钛矿发光二极管及其制备方法
本专利技术属于硅基钙钛矿发光二极管制备
，具体涉及一种顶发射硅基钙钛矿发光二极管及其制备方法。
技术介绍
自2014年第一个室温条件下工作的钙钛矿发光二极管器件被报道出来后，在短短的五年时间里，钙钛矿LED的外量子效率从最初的小于1％迅猛提升到20％以上，达到了接近商用化OLED的水准。铅卤钙钛矿具有直接带隙、双极性载流子迁移率高、光致发光量子产率高、可通过低温溶液法制备等一系列优点，是非常具有发展前景的发光材料。硅基光电子是为了解决传统芯片制程到达物理极限而提出的一个重要发展方向，其主要特征为，用光子部分或全部替代电子来完成逻辑运算。相比于电子，光子具有频率高、传输速度快、不相互干扰、工作时不发热等核心竞争优势，因此基于硅基光电技术制造的芯片在理论上具有更高的运算速度和更低的功耗。硅基光源是硅基光电技术中最为重要的一个分支，目前常用的材料有Ⅲ-Ⅴ族半导体、氧化物半导体和稀土掺杂的硅材料本身等。硅基钙钛矿发光材料作为硅基光源的一个分支，是非常崭新的一个研究方向，具有广阔的发展前景以及重大的科研价值。目前，硅基钙钛矿发光器件的主要制备手段有两种，一是将硅片作为空穴传输层使用，在硅片两端分别制备底电极和其余部分；一是将硅片作为衬底使用，仅在硅片的一端完成所有功能层的制备。由于硅片的能带结构、空穴迁移率等电学性质和传统的空穴传输材料有比较大的差异，因此将硅片作为空穴传输层会对器件的电流注入造成巨大影响；加之两种制备方法在工序数目上没有本质上的差别，因此认为将硅片作为衬底的方法更具有优越性。目前已有将硅片作为空穴传输层制作发光器件的文献报道，其外量子效率达到1％，但硅的空穴传输特性与常用的空穴传输材料具有较大差异，会造成空穴注入困难、电荷注入不平衡等一系列问题，进而影响器件效率；中国专利文献CN107146854A公开了一种以硅作为衬底制备硅基微显示器件的方法，但是其器件结构比较简单，并没有涉及过渡层、增透层等概念，由于旋涂法制备的空穴传输层在不同衬底上的性质不尽相同，加上透明电极会影响出光率，因此该方法所述器件的电致发光性能仍有比较大的进步空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种顶发射硅基钙钛矿发光二极管及其制备方法，该发光二极管解决了p型硅片能带不够匹配的问题；克服了空穴传输层在不同衬底上性状不统一的困难；在保证电流正常注入、不损害钙钛矿层的前提下尽可能提高出光率从而提升器件的外量子效率。由于现有技术中存在电荷注入不平衡、空穴传输层在不同衬底上性状不统一以及器件的光提取率较低等客观存在的困难。因此为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种顶发射(顶面发光的)硅基钙钛矿发光二极管，以硅片作为器件衬底，在硅片上依次设有底部金属电极、过渡层、空穴传输层、钙钛矿发光层及修饰层、电子传输层、透明电极和增透介质层。所述底部金属电极包括粘附层和电极层两部分，粘附层材料为Cr，电极层采用的材料选自Ag、Au、Pt或Cu中的一种或任意几种；所述粘附层及电极层的厚度分别为10-50nm和30-100nm；所述粘附层和电极层依次位于硅片上。所述过渡层的材料选自NiOx、MoO3或Cu2O中的一种或任意几种；所述过渡层的厚度为5-50nm。所述空穴传输层的材料选自PEDOT：PSS、Poly-TPD、TFB或PVK中的一种或任意几种；所述空穴传输层的厚度为30-100nm。所述钙钛矿发光层的材料为PEA2(FAPbBr3)n-1PbBr4；所述钙钛矿发光层的厚度为100-200nm；所述修饰层的材料选自TPPO和/或TOPO。所述电子传输层的材料选自TPBi、B3PYMPM、BCP或F8中的一种或任意几种，所述电子传输层的厚度为30-80nm。所述透明电极包括电介质层及电极层两部分，电介质层材料为LiF，电极层材料选自Al、Ag、Pt、Cu、Au、Ca中的一种或任意几种；所述电介质层和电极层的厚度分别为0.8-3nm和10-30nm；所述电介质层和电极层依次位于电子传输层上。所述增透介质层的材料选自TPBi、B3PYMPM、BCP或F8中的一种或任意几种；所述增透介质层的厚度为20-80nm。本专利技术还提供了一种顶发射硅基钙钛矿发光二极管的制备方法，包括以下步骤：a、采用超声波清洗机对硅片进行清洗并烘干；b、在硅片上蒸镀底部金属电极：依次蒸镀粘附层和电极层，粘附层材料为Cr，电极层采用的材料选自Ag、Au、Pt或Cu中的一种或任意几种；c、在底部金属电极上磁控溅射过渡层，过渡层的材料选自NiOx、MoO3或Cu2O中的一种或任意几种；d、在过渡层上旋涂空穴传输层，空穴传输层的材料选自PEDOT：PSS、Poly-TPD、TFB或PVK中的一种或任意几种；e、在空穴传输层上旋涂钙钛矿发光层及修饰层，钙钛矿发光层的材料为PEA2(FAPbBr3)n-1PbBr4，修饰层的材料选自TPPO和/或TOPO；f、在钙钛矿层上蒸镀电子传输层，电子传输层的材料选自TPBi、B3PYMPM、BCP或F8中的一种或任意几种；g、在电子传输层上蒸镀透明电极：依次蒸镀电介质层及电极层，电介质层材料为LiF，电极层材料选自Al、Ag、Pt、Cu、Au或Ca中的一种或任意几种；h、在透明电极上蒸镀增透层，增透介质层的材料选自TPBi、B3PYMPM、BCP或F8中的一种或任意几种。其中，步骤b中：粘附层厚度为10-50nm，速率为0.3A°/s，电极层厚度为30-100nm，速率为0.6-0.7A°/s；其中，步骤c中：过渡层的厚度为5-50nm，速率为1.0-1.2A°/s；其中，步骤d中：旋涂转速为2500r/min，时间40s，并在150℃热台上退火15min；其中，步骤e中：1)分别称取80.8mg的苯乙基溴化铵、4.0mg的甲基氯化铵、50.0mg的甲醚溴化铵、220.2mg的PbBr2溶于1ml的DMSO溶液中；2)吸取70μl钙钛矿溶液，旋涂转速为3000r/min，时间为120s，在第40s时滴加100μl的氯苯溶剂，厚度为100-200nm；3)90℃下加热退火1h；4)吸取50μl2mg/mlTPPO或TOPO溶液，旋涂速度7000r/min，时间1min；其中，步骤f中：电子传输层的厚度为30-80nm，速率为0.3-0.6A°/s；其中，步骤g中：电介质层的厚度为0.8-3nm，速率为0.1A°/s，电极层的厚度为10-30nm，速率为0.4-1.0A°/s；其中，步骤h中：增透层的厚度为20-80nm，速率为0.3-0.6A°/s。与现有技术比较，本专利技术提供的技术方案具有如下优点：1.以硅片为衬底制备器件，回避了p型硅片能带结构不匹配、空穴注入困难及电荷注入不平衡的问题。2.NiOx过渡层的使用克服了空穴传输材料PEDOT：PSS在不同衬底上性状不统一的困难本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，以硅片作为器件衬底，在硅片上依次设有底部金属电极、过渡层、空穴传输层、钙钛矿发光层及修饰层、电子传输层、透明电极和增透介质层。/n

【技术特征摘要】
1.一种顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，以硅片作为器件衬底，在硅片上依次设有底部金属电极、过渡层、空穴传输层、钙钛矿发光层及修饰层、电子传输层、透明电极和增透介质层。


2.根据权利要求1所述的顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述底部金属电极包括粘附层和电极层两部分，粘附层材料为Cr，电极层采用的材料选自Ag、Au、Pt或Cu中的一种或任意几种；所述粘附层及电极层的厚度分别为10-50nm和30-100nm；所述粘附层和电极层依次位于硅片上。


3.根据权利要求1所述的顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述过渡层的材料选自NiOx、MoO3或Cu2O中的一种或任意几种；所述过渡层的厚度为5-50nm。


4.根据权利要求1所述的顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层的材料选自PEDOT：PSS、Poly-TPD、TFB或PVK中的一种或任意几种；所述空穴传输层的厚度为30-100nm。


5.根据权利要求1所述的顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿发光层的材料为PEA2(FAPbBr3)n-1PbBr4；所述钙钛矿发光层的厚度为100-200nm；所述修饰层的材料选自TPPO和/或TOPO。


6.根据权利要求1所述的顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述电子传输层的材料选自TPBi、B3PYMPM、BCP或F8中的一种或任意几种，所述电子传输层的厚度为30-80nm。


7.根据权利要求1所述的顶发射硅基钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述透明电极包括电介质层及电极层两部分，电介质层材料为LiF，电极层材料选自Al、Ag、Pt、Cu、Au或Ca中的一种或任意几种；所述电介质层及电极层的厚度分别为0.8-3nm和10-30nm；所述电介质层和电极层依次位于电子传输层上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：方彦俊，闫敏行，田鸿君，秦丰尤，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33