基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法技术

一种基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法，本发明专利技术为了解决两步反溶剂法中高温后处理导致钙钛矿量子点性能退化的问题。制备方法：一、在氩气环境中将碘化苯乙胺和PbI2粉末溶解在DMF中，搅拌反应，得到反应液；二、对基板进行超声清洗和等离子体清洗；三、将反应液滴到清洗后的基板上，然后再滴加反溶剂，得到带有(PEA)2PbI4薄膜的基板；四、基板在热台上进行退火处理。本发明专利技术开发了一种在低退火温度下通过一步制备方法在大面积内制备具有均匀表面形貌，且彻底解决“咖啡环现象”的2D(PEA)2PbI4钙钛矿量子点墨水，基于该材料的光电探测器显示出优异的稳定性。基于该材料的光电探测器显示出优异的稳定性。基于该材料的光电探测器显示出优异的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种钙钛矿量子点薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]光探测是非接触式传感的一项关键技术，在生物医学成像、空间探索和安全监控等各种应用中都得到了广泛的应用。与无机或有机半导体材料相比，有机
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无机钙钛矿由于其可调谐的光学性质、大的光学吸附系数、高的载流子迁移率、长的载流子扩散长度和寿命，尤其是优异的可控过程能力，吸引了大量的研究兴趣，在微型LED(Micro
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LED)和光电探测器应用中有很大的前景。然而，室温下环境稳定性差，限制了它们在工业应用中的应用。而二维有机
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无机钙钛矿量子点材料具有独特的光学性质和更好的稳定性，在高性能钙钛矿光电应用特别是Micro
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LED领域具有巨大潜力。然而，大规模、低成本制备连续钙钛矿量子点薄膜仍然是一个巨大的挑战。
[0003]以(PEA)2PbI4等为代表的2D有机
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无机钙钛矿与3D钙钛矿相比，具有更好的热稳定性、化学稳定性和环境稳定性，这为实际生产Micro
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LED全彩化用量子点和光电探测器提供了更为便利的应用机会。此外，有效限制在无机框架内的电子和空穴，以及2D钙钛矿量子点的高密度直接带隙，能够同时保证其强光
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物质相互作用，从而使光电性能比自由基量子限制效应诱导的3D钙钛矿材料具有更显著的改善。然而，连续高结晶二维钙钛矿量子点薄膜的生长和去除“咖啡环现象”是一个巨大的挑战。而为了获得高质量的二维钙钛矿量子点薄膜，通常需要在惰性环境下进行繁琐的制造工艺；此外，为了提高结晶度和减少缺陷，会引入高温退火工艺，且无可避免的会出现“咖啡环现象”。因此，寻找一种简单、低成本的方法，在不需要高退火温度和特殊条件的情况下，能够充分解决“咖啡环现象”的高质量钙钛矿量子点薄膜的制备技术研究是大规模生产的关键。溶液处理反溶剂法是利用加速蒸发产生的对流扩散流获得连续薄膜的一种可行且廉价的方法。为了获得连续的钙钛矿量子点薄膜，学者曾经引入了两步反溶剂法，通过改变前驱体的溶解度来加速3D钙钛矿薄膜的结晶，这曾经被认为是实现低成本、高性能钙钛矿量子点的一种简便方法。然而，由于不可控的溶剂蒸发和溶质对流扩散，两步法几乎无法适用于大面积钙钛矿量子点材料的制备。此外，足够高的温度被认为是通过溶液法制备高质量钙钛矿薄膜必不可少的后处理操作，但钙钛矿的降解反过来会被严重加速，从而导致钙钛矿量子点性能的不可逆退化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决量子点墨水工艺存在的“咖啡环现象”问题，以及两步反溶剂法中高温后处理导致钙钛矿量子点性能退化的问题，而提供一种利用一步反溶剂缔合法制备高质量有机
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无机钙钛矿量子点薄膜的简便方法。
[0005]本专利技术基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法按照以下步骤实现：
[0006]一、在氩气环境中，按照摩尔比为2:1将碘化苯乙胺(PEAI)和PbI2粉末溶解在N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌反应1～3小时，得到反应液；
[0007]二、对基板进行超声清洗和干燥，然后采用等离子体清洗基板，得到清洗后的基板；
[0008]三、将反应液滴到清洗后的基板上，然后再滴加反溶剂，在40～50℃的通风环境中处理，得到带有(PEA)2PbI4薄膜的基板；
[0009]四、在热台上以40～180℃的温度对带有(PEA)2PbI4薄膜的基板进行退火处理，得到钙钛矿量子点薄膜；
[0010]其中步骤三中所述的反溶剂为甲苯、丙酮、氯苯或者氯仿。
[0011]本专利技术提出了一种利用一步反溶剂缔合法制备高质量钙钛矿量子点薄膜的简便方法。揭示了反溶剂的极性、饱和蒸汽压和退火温度对成核位点的形成和晶粒生长速率的影响机理。通过比较不同退火温度下的不同反溶剂，用甲苯等材料基于反溶剂缔合法制备了退火温度最高不超过80℃的高质量钙钛矿量子点薄膜。此外，应用本专利技术提供的方法在制备的过程中还会彻底解决了量子点墨水工艺制备难题——“咖啡环现象”。(咖啡环现象，是指当一滴咖啡或者茶滴落桌面时，其颗粒物质就会在桌面上留下一个染色的污渍，并且污渍的颜色是不均匀的，边缘部分要比中间更深一些，形成环状斑的现象，其主要形成原因是由于液渍颗粒外形的影响以及流动方向的问题)。在Micro
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LED钛矿量子点全彩化工艺制程过程中，由于喷墨打印参数指标的不同，会导致钙钛矿量子点在Micro
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LED表面留下中心浅、外圈重的环状咖啡斑，这被称为微LED钙钛矿量子点工艺的“咖啡环”现象。“咖啡环现象”直接影响到钙钛矿量子点材料涂层均匀度，消除涂层材料的“咖啡环现象”是生产新一代显示器性能的核心技术。因此，本专利技术可为在低温下制备高质量的二维钙钛矿量子点薄膜，为新一代显示的高性能Micro
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LED全彩化应用以及光电探测器的制备提供一种简单、低成本的方法。
[0012]本专利技术开发了一种在低退火温度下通过一步制备方法在大面积内制备具有均匀表面形貌，且彻底解决“咖啡环现象”的2D(PEA)2PbI4钙钛矿量子点墨水和基于该材料的光电探测器的简便制备方法。所得(PEA)2PbI4钙钛矿量子点薄膜的性质由成核和晶粒生长两个单独的过程同时决定，这两个过程受极性和反溶剂饱和蒸汽压以及理论讨论的退火温度的组合控制。随着反溶剂的变化，甲苯薄膜在相同的退火温度下具有最佳的性能，这是由于DMF和饱和蒸汽压的极性差异较大，导致成核位置和溶质浓度梯度增加。同时，退火温度可以有效地加速薄膜的生长，这是由于随着扩散系数的增加，扩散过程加剧了。由于合适的极性和饱和蒸汽压，用甲苯制成的(PEA)2PbI4光电探测器在300
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600nm的宽带波长范围内，在相对较低的80℃温度下获得了优异的性能，在475nm光照下，获得了752μA/W和2.76
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108jones的优良光响应率和探测率，有效面积为150μm
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8000μm。即使在空气中连续光照90个周期后，2D钙钛矿光电探测器的光电流仍保持92％，这为实现高性能钙钛矿量子点墨水和光电探测器提供了一种新方法，显著提高了稳定性。
附图说明
[0013]图1为实施例中二维(PEA)2PbI4钙钛矿量子点薄膜的制备工艺示意图；
[0014]图2为实施例中采用不同反溶剂制备的钙钛矿量子点薄膜的AFM图，其中a代表反
溶剂为甲苯，b代表反溶剂为乙醇，c代表反溶剂为丙酮，d代表反溶剂为氯苯，e代表反溶剂为氯仿；
[0015]图3为实施例中采用不同反溶剂制备的钙钛矿量子点薄膜的横截面SEM图，其中a代表反溶剂为甲苯，b代表反溶剂为乙醇，c代表反溶剂为丙酮，d代表反溶剂为氯苯，e代表反溶剂为氯仿；
[0016]图4为实施例中采用不同反溶剂制备的二维钙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：一、在氩气环境中，按照摩尔比为2:1将碘化苯乙胺和PbI2粉末溶解在N，N
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二甲基甲酰胺中，搅拌反应1～3小时，得到反应液；二、对基板进行超声清洗和干燥，然后采用等离子体清洗基板，得到清洗后的基板；三、将反应液滴到清洗后的基板上，然后再滴加反溶剂，在40～50℃的通风环境中处理，得到带有(PEA)2PbI4薄膜的基板；四、在热台上以40～180℃的温度对带有(PEA)2PbI4薄膜的基板进行退火处理，得到钙钛矿量子点薄膜；其中步骤三中所述的反溶剂为甲苯、丙酮、氯苯或者氯仿。2.根据权利要求1所述的基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中将100毫克碘化苯乙胺和90毫克的PbI2溶解在3～5毫升N，N
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二甲基甲酰胺中。3.根据权利要求1所述的基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中在室温下剧烈搅拌反应2小时。4.根据权利要求1所述的基于反溶剂缔合法的无“咖啡环现象”的钙钛矿量子点薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中基板依次采用乙醇溶液和丙酮超声清洗清洗15～30分钟。5.根据权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琮，张明新，周欢，邹丹青，李喆一，魏杰，易洋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：