钙钛矿蓝色发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了钙钛矿蓝色发光二极管及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿蓝色发光二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件及其制备领域，具体涉及钙钛矿发光二极管及其制备方法
。

技术介绍

[0002]金属卤化物钙钛矿材料因其优异的色纯度
、
可调发射光谱和高光致发光量子产率
(PLQY)
而在发光二极管
(LED)
领域引起了极大的关注
。
得益于优异的光电性能，近年来钙钛矿发光二极管
(PeLED)
的性能发展迅速，发射光谱范围从近红外到绿色的器件的外量子效率已超过
20
％
。
然而，蓝色
PeLED
的性能仍然落后，尤其是存在效率低
、
光谱不稳定
、
寿命短等问题，这严重限制了全彩显示器中的应用
。
如何制备高效稳定的蓝色
PeLED
成为实现
PeLED
全色显示领域的应用的关键
。
[0003]LED
的工作原理是当电子和空穴复合时能产生出可见光
。PeLED
是通过在电极两端施加电压，载流子通过载流子传输层传输到钙钛矿发光层中形成电子－空穴激子，高能量状态的激子不稳定而发生复合，在这个过程中以光子的形式释放出多余的能量，称之为激子辐射复合发光
。
目前，
PeLED
采用的结构是叠层结构，大部分的研究人员一般采用优化结构中的一层或者几层来对比研究优化前后对器件性能的影响，从而找到提高效率的方法
。
[0004]典型金属卤化物
PeLED
主要由以下几个部分组成：
[0005]1.
阳极：需要将空穴注入到发光层，所以要求其具有较高的功函数
。
通常选取
ITO
导电极，由玻璃基底和掺有铟锡金属氧化物的
ITO
组成
。
此端接电压的正极，激子辐射复合发光由此面展示发光
。
[0006]2.
空穴传输层：空穴传输层将空穴从阳极有效地传输到钙钛矿发光层，使空穴大量地
、
均匀地集中在发光层；此外，该层起着隔绝电子的作用
。
[0007]3.
钙钛矿发光层：发光层在
PeLED
中是至关重要的，直接影响到器件的性能
。
空穴和电子分别从空穴传输层和电子传输层运输至钙钛矿发光层，形成电子－空穴激子
。
激子发生辐射跃迁产生光子
。
[0008]4.
电子传输层：电子传输层将电子从阴极有效地传输到钙钛矿发光层，使电子大量地
、
均匀地集中在发光层；此外，该层起着隔绝空穴的作用
。
[0009]5.
复合阴极层：需要将电子注入到发光层，所以需要其具有较低的功函数
。
可以选取
Al
作为阴极
。
此端接电压的负极
。
在铝电极和电子传输层之间可以有一层
LiF
起到保护作用
。
[0010]现有技术中对于金属卤化物
PeLED
的研究主要集中载流子传输层和钙钛矿发光层的优化
。
例如，通过改变电子传输层的厚度来探究电子传输层的厚度对
PeLED
的影响；或者，通过在空穴传输层和钙钛矿发光层之间插入一层
PVK
薄膜，来探究不同浓度的
PVK
优化的空穴传输层对
PeLED
的影响
。
再例如，在己经优化的载流子传输层的基础上，通过改变钙钛矿前驱体溶液，来探究不同的前驱体溶液对
PeLED
的影响；或者，在己经优化的载流子传输层的基础上，通过改变滴涂反溶剂的时间来探究氯苯滴涂时间对
PeLED
的影响
。
[0011]此外，目前的最新研究表明：与三维
(3D)
钙钛矿和钙钛矿纳米晶相比，具有独特多量子阱结构的准二维
(
准
2D)
钙钛矿加速了从较大带隙相到较小带隙相的能量转移，并限定激子以实现高辐射复合，有利于获得高效的蓝色
PeLED。
鉴于此，研究者们致力于准
2D
钙钛矿的相位调制，例如多量子阱结构优化和间隔组分排列，以提高蓝色
PeLED
的效率
。
然而，人们普遍认识到，金属卤化物钙钛矿材料表现出固有的离子性质，从而不可避免地在准
2D
钙钛矿的结晶过程中引起丰富的陷阱态和高缺陷密度，从而增加了非辐射复合，极大地阻碍了器件的效率和运行稳定性
。
[0012]通常，位于钙钛矿表面和晶界的陷阱密度比块状晶体中的捕获密度高出几个数量级，并且这些块状缺陷可能会在电场下迁移到表面
。
与红色和绿色
PeLED
相比，蓝色
PeLED
的钙钛矿薄膜具有更小的厚度，这有利于载流子注入和促进辐射复合，但也意味着：在蓝色
PeLED
中，钙钛矿薄膜的表面和晶界缺陷比绿色和红色
PeLED
起着更关键的作用
。
[0013]采用传统的蒸汽辅助方法重结晶消除钙钛矿表面和晶界的缺陷，操作复杂，可控性差，重复性不佳；采用机械剥离消除钙钛矿表面和晶界的缺陷，因其适用薄膜尺寸小且尺寸和厚度控制性差，规模器件化应用上严重受限
。
现有的蓝色
PeLED
的缺陷消除方法中，消除缺陷和保持薄膜电导率以实现有效的载体注入之间存在着制衡效应
。
当前，缺乏一种在不损坏载流子注入的情况下更好地消除钙钛矿表面和晶界缺陷的有效方法，阻碍了高性能蓝色
PeLED
的实现
。

技术实现思路

[0014]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供了一种钙钛矿蓝色发光二极管及其制备方法，该钙钛矿蓝色发光二极管中，钙钛矿层为经甲苯溶剂抛光的钙钛矿发光层
。
由于甲苯溶剂抛光处理有效地去除钙钛矿发光表面的多种缺陷，同时没有损坏载流子注入，从而获得性能优异的蓝色钙钛矿发光二极管
(
启亮电压为
3.2V)
：在
485nm
处的最大
EQE
为
5.18
％，最高亮度为
3737cd m
‑2，分别比未抛光的
PeLED(
启亮电压：
4.2V)
高出
545
％和
162
％
。
[0015]为了实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0016]一种钙钛矿蓝色发光二极管，其结构自下而上依次包括：衬底
、
阳极层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，其结构自下而上依次包括：衬底
、
阳极层
、
空穴传输层
、
钙钛矿层
、
电子传输层和阴极层，其中，所述钙钛矿层为甲苯溶剂抛光的钙钛矿发光层
。2.
如权利要求1所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，所述衬底包括但不限于玻璃基底；所述阳极层包括但不限于
ITO
；所述空穴传输层包括但不限于
PEDOT
：
PSS
；所述电子传输层包括但不限于
TPBi
；所述阴极层包括但不限于复合阴极层
LiF/Al。3.
如权利要求1或2所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，在制备所述钙钛矿层时，将钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述空穴传输层上，经退火处理并冷却后，再在其上旋涂甲苯溶剂，经退火处理得到甲苯溶剂抛光的钙钛矿发光层，所得到的甲苯溶剂抛光的钙钛矿发光层在所述空穴传输层上
。4.
如权利要求3所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液通过将
CsBr、CsCl、PbBr2、PEABr
和
BABr
共溶于二甲基亚砜溶剂中混合均匀制得；或者，所述钙钛矿前驱体溶液通过将
CsBr、CsCl、PbBr2和
PEABr
共溶于二甲基亚砜溶剂中混合均匀制得
。5.
如权利要求4所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液通过以下步骤制备：将
CsBr、CsCl、PbBr2、PEABr、BABr
共溶于二甲基亚砜溶剂中，在
30
‑
50℃
下充分搅拌，并在旋涂前过滤；所述钙钛矿前驱体溶液中，
Cs
的总浓度为
0.2mol/L
，其中，
CsBr
的浓度为
0.01
‑
0.05mol/L
，
CsCl
的浓度为
0.15
‑
0.19mol/L
；
Br
的总浓度为
0.6mol/L
，其中，
PbBr2的浓度为
0.2mol/L
，
PEABr
的浓度为
0.05
‑
0.2mol/L
，
BABr
的浓度为0‑
0.15mol/L。6.
如权利要求5所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液通过以下步骤制备：将
0.02mmol CsBr、0.18mmol CsCl、0.2mmol PbBr2、0.12mmol PEABr
和
0.08mmol BABr
共溶于
1mL
二甲基亚砜溶剂中，在
30
‑
50℃
搅拌使得混合均匀即得，并在旋涂前用
0.22
μ
m
聚四氟乙烯过滤器过滤
。7.
如权利要求1或2所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，所述的甲苯溶剂抛光的钙钛矿发光层的厚度为
10
‑
30nm。8.
如权利要求1或2所述的钙钛矿蓝色发光二极管，其特征在于，所述阳极层的厚度为
150
‑
200nm
；所述空穴传输层的厚度为
30
‑
60nm
；所述电子传输层的厚度为
30
‑
60nm
；所述阴极层的厚度为
80
‑
130nm。9.
如权利要求1～8中任一项所述的钙钛矿蓝色发光二极管的制备方法，包括：提供一衬底，在所述衬底上依次形成阳极层
、
空穴传输层

【专利技术属性】
技术研发人员：邹超，许宇婷，王静静，孙丽娟，黄合，翟兰兰，杨云，张礼杰，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：