一种表面等离子激元协同增强的准二维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表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管及其制备方法，所述钙钛矿发光器件自下而上依次包括阳极、空穴注入层、二维原子晶体材料层，钙钛矿发光层、金属纳米颗粒核壳结构层、电子传输层、电子注入层与阴极；所述二维原子晶体材料包括过渡金属硫化物二维晶体，所述钙钛矿发光层为准二维钙钛矿，所述准二维钙钛矿通过在前驱体中添加有机卤化物铵盐实现；所述金属纳米颗粒核壳结构层包括金属纳米颗粒核层和壳层；所述金属纳米颗粒核层为Au、Ag中的一种或AlAg合金，壳层为SiO2；所述金属纳米颗粒核壳结构层的表面配体为聚苯乙烯。本发明专利技术的制备方法工艺简单，成本较低且所得发光二极管发光性能显著提高。较低且所得发光二极管发光性能显著提高。较低且所得发光二极管发光性能显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及发光二极管领域，特别涉及一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于具备光谱吸收范围可调节、长扩散长度、高荧光量子产率等优异的性能，金属卤化物钙钛矿材料在光电探测器、发光二极管和X射线探测器等光电器件的应用上备受关注，成为学术界的研究热点之一。然而，基于三维钙钛矿材料制备得到的LED器件，其钙钛矿发光层激子束缚能较小、表面缺陷较多，导致量子产率普遍较低。研究表明，通过引入长链的有机阳离子，可以制备出准二维结构的钙钛矿，钙钛矿和配体之间形成具有类似多量子阱的结构，可以有效提高器件的光电性能；另一方面，高性能器件必须尽量满足电子和空穴的电荷注入平衡，且满足器件在稳定的电流注入情况下具有较好的稳定性。因此研究如何在保持器件高的外量子效率的同时提高器件的稳定性，同时有效简化器件的制备工艺成本，具有十分重要的意义。
[0003]目前金属卤化物钙钛矿发光二极管仍面临发光效率和稳定性不高等瓶颈。为了进一步提高器件性能，人们通常通过A位阳离子工程，制备准二维发光层，混合配体工程等措施且在一定程度上提高了器件的发光效率。同时2020年福州大学公开了《一种含有银纳米颗粒的钙钛矿发光二极管器件的制备方法》。具体是在制备钙钛矿前驱体过程中同步合成Ag纳米颗粒，通过在钙钛矿层中掺杂Ag纳米颗粒以期望制备高性能钙钛矿发光二极管。但是Ag纳米颗粒的掺杂会造成发光层缺陷密度提高不利于器件性能。因此如何在保持高质量发光层的基础上制备高效金属卤化物钙钛矿发光二极管成为当下亟需解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，器件的性能和稳定性明显提高。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管的制备方法。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，所述钙钛矿发光器件自下而上依次包括阳极、空穴注入层、二维原子晶体材料层，钙钛矿发光层、金属纳米颗粒核壳结构层、电子传输层、电子注入层与阴极；所述二维原子晶体材料包括过渡金属硫化物二维晶体，所述钙钛矿发光层为准二维钙钛矿，所述准二维钙钛矿通过在前驱体中添加有机卤化物铵盐实现。
[0008]优选的，所述金属纳米颗粒核壳结构层包括金属纳米颗粒核层和壳层；所述金属纳米颗粒核层为Au、Ag中的一种或AlAg合金，壳层为SiO2；所述金属纳米颗粒核壳结构层的
表面有表面配体，所述表面配体为聚苯乙烯。
[0009]进一步优选的，所述金属纳米颗粒的尺寸为5
‑
30纳米；
[0010]进一步优选的，所述金属纳米颗粒核壳结构层的表面配体的尺寸为10
‑
100纳米。
[0011]优选的，所述准二维钙钛矿材料的分子式为L2M
x
Pb3Br
10
，所述的L为正一价有机铵离子，包括PPA
+
、PEA
+
、PBA
+
、i
‑
BA
+
中的一种或多种，M为MA
+
,FA
+
,Cs
+
中的一种或多种，所述的x＝2～3。
[0012]优选的，所述的过渡金属硫化物二维晶体包括MoS2、WS2，二维晶体的厚度为0.5
‑
10纳米；
[0013]优选的，所述的空穴注入层包括PEDOT:PSS、PVK、TPD或TFB。
[0014]优选的，所述电子注入层采用LiF材料，电子注入层的厚度为2
‑
10纳米；所述电子传输层的材料包括TPBi、BCP、PCBM，电子传输层的厚度为50
‑
200纳米。
[0015]优选的，所述的阳极基底为ITO基板、IZO基板或FTO基板；所述阴极为金属、金属氧化物，阴极的厚度80
‑
200nm。
[0016]进一步优选的，所述阴极为Al。
[0017]上述的表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
[0018](1)阳极基底清洗；
[0019](2)空穴注入层的制备：
[0020]在阳极基底以旋涂工艺形成空穴注入层薄膜，退火处理得空穴注入层；
[0021](3)二维原子晶体材料层的沉积：
[0022]在空穴注入层旋涂二维原子晶体分散液，退火处理得二维原子晶体材料层；
[0023](4)钙钛矿发光层的制备：
[0024]在二维原子晶体材料层滴加准二维钙钛矿前驱体混合溶液，旋涂成膜，退火处理得钙钛矿发光层；
[0025](5)金属纳米颗粒核壳结构层的制备：
[0026]采用模板法制备金属纳米颗粒核壳结构，金属纳米颗粒核壳结构层采用旋涂法制备；
[0027](6)电子传输层的制备：
[0028]采用真空蒸镀方法在金属纳米颗粒核壳结构层的表面蒸镀电子传输层；
[0029](7)电子注入层的制备：
[0030]在电子传输层上真空热蒸镀电子注入层；
[0031](8)制备阴极：
[0032]采用真空蒸镀法或者溅射法或喷墨打印制备阴极。
[0033]优选的，步骤(1)所述阳极基底为ITO基板、IZO基板或FTO基板中的一种；所述阳极衬底清洗具体步骤为：将阳极基底依次放入四氢呋喃、异丙醇、洗液、去离子水中超声清洗，再放入异丙醇中超声清洗，每次超声时间为15
‑
30min；待超声完成之后，将基底置于烘箱内烘干4小时以上，接着对基底进行15
‑
20min的UV或O2‑
Plasma表面处理；
[0034]优选的，步骤(2)所述旋涂速度为3000
‑
4000转每分钟，旋涂时间为30
‑
40s；所述退火温度为130
‑
170℃，退火时间为10
‑
20min。
[0035]进一步优选的，所述旋涂速度为3000转每分钟，旋涂用量45μl，旋涂时间为30s，所述退火温度为150℃，退火时间为15min。
[0036]优选的，步骤(3)所述二维原子晶体分散液为MoS2分散液、MoS2量子点溶液、WS2分散液、WS2量子点溶液；所述二维原子晶体分散液的溶剂为水、乙醇、DMF、IPA、NMP；所述二维原子晶体分散液的浓度为1
‑
10mg/ml；制备过程中需要在手套箱中旋涂，所述旋涂的转速为2000
‑
5000转每分钟，旋涂时间30
‑
100秒；所述退火处理的温度为50
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿发光器件自下而上依次包括阳极、空穴注入层、二维原子晶体材料层，钙钛矿发光层、金属纳米颗粒核壳结构层、电子传输层、电子注入层与阴极；所述二维原子晶体材料包括过渡金属硫化物二维晶体，所述钙钛矿发光层为准二维钙钛矿，所述准二维钙钛矿通过在前驱体中添加有机卤化物铵盐实现。2.根据权利要求1所述的一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述金属纳米颗粒核壳结构层包括金属纳米颗粒核层和壳层；所述金属纳米颗粒核层为Au、Ag中的一种或AlAg合金，壳层为SiO2；所述金属纳米颗粒核壳结构层的表面有表面配体，所述表面配体为聚苯乙烯。3.根据权利要求2所述的一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述金属纳米颗粒的尺寸为5
‑
30纳米；所述金属纳米颗粒核壳结构层的表面配体的尺寸为10
‑
100纳米。4.根据权利要求1所述的一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述准二维钙钛矿材料的分子式为L2M
x
Pb3Br
10
，所述的L为正一价有机铵离子，包括PPA
+
、PEA
+
、PBA
+
、i
‑
BA
+
中的一种或多种，M为MA
+
,FA
+
,Cs
+
中的一种或多种，所述的x＝2～3。5.根据权利要求1所述的一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述的过渡金属硫化物二维晶体包括MoS2、WS2，二维晶体的厚度为0.5
‑
10纳米；所述的空穴注入层包括PEDOT:PSS、PVK、TPD或TFB。6.根据权利要求1所述的一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述电子注入层采用LiF材料，电子注入层的厚度为2
‑
10纳米；所述电子传输层的材料包括TPBi、BCP、PCBM，电子传输层的厚度为50
‑
200纳米。7.根据权利要求1所述的一种表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述的阳极基底为ITO基板、IZO基板或FTO基板；所述阴极为金属、金属氧化物，阴极的厚度80
‑
200nm。8.权利要求1
‑
7任一项所述的表面等离子激元协同增强的准二维钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)阳极基底清洗；(2)空穴注入层的制备：在阳极基底以旋涂工艺形成空穴注入层薄膜，退火处理得空穴注入层；(3)二维原子晶体材料层的沉积：在空穴注入层旋涂二维原子晶体分散液，退火处理得二维原子晶体材料层；(4)钙钛矿发光层的制备：在二维原子晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张曙光，诸葛有强，谭毅瑛，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：