【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电器件，尤其涉及一种基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿材料因其深能级缺陷少、载流子迁移率高、量子产率高、能带易调节、可溶液法低成本制造等优点，已广泛应用于发光二极管并受到世界范围内研究人员的关注。多项研究表明钙钛矿发光二极管器件中电子和空穴注入效率的不平衡是导致非辐射复合的原因之一，同时电子传输层与钙钛矿层存在能级不匹配，在发光过程中，存在部分光子从器件背面散射，造成发热，性能降低的问题，因此，针对钙钛矿器件的结构仍需优化。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，包含有机光电层，有机光电层的特性材料为n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺，通过在钙钛矿层与电子传输层之间制备一层有机光电层，可有效优化光电子器件结构。
2、本专利技术所述基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件由下至上依次为透明导电基底、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿发光层、有机光电层、电子传输层、电极修饰层、金属电极；
3、所述有机光电层为n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺，其结构式如式(i)：
4、
5、优选的，所述透明导电基底的厚度为150～160nm；空穴注入层的厚度为60～65nm；空穴传输层的厚度为15～20nm；钙钛矿发光层的厚度为150～160
6、优选的，所述透明导电基底为氧化锡铟(ito)或掺氟氧化锡(fto)的任意一种。
7、优选的，所述空穴注入层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(pedot:pss)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-co-(4,4'-(n-(对丁基苯基))二苯胺)](tfb)、氧化钼(moox)中的任意一种。
8、优选的，所述空穴传输层为聚乙烯咔唑(pvk)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](poly-tpd)、2-叔丁基-9,10-二(萘-2-基)蒽(tbadn)、1,3,5-三(咔唑-9-基)苯(tcp)中的任意一种。
9、优选的，所述钙钛矿发光层为准二维铅基钙钛矿薄膜，其化学结构式为(pea)2(dma)2.8(cs)1.2pb5x16。
10、优选的，所述电子传输层为1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯(tpbi)、3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶(tmpypb)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(tbadn)、吡嗪并[2,3-f][1,10]菲咯啉-2,3-二腈(ppdn)、1,3-双(3,5-二吡啶-3-基苯基)苯(b3pypb)中的一种或多种。
11、优选的，所述电极修饰层为氟化锂(lif)、8-羟基喹啉-锂(liq)、碳酸铯(cs2co3)、氟化铯(csf)中的至少一种。
12、优选的，所述金属电极为金(au)、银(ag)和铝(al)中的任意一种。
13、本专利技术的另一目的是提供一种基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
14、s1、透明导电基底的清洗：将透明导电基底材料依次用洗洁精水溶液、去离子水、异丙醇和乙醇清洗30min，氮气吹干后用紫外-臭氧处理30min得到透明导电基底；
15、s2、空穴注入层的制备：首先将空穴注入层材料的溶液进行过滤，然后将其涂覆于s1所清洗的透明导电基底表面，在150～180℃的条件下加热20min，形成空穴注入层；
16、s3、空穴传输层的制备：制备浓度为10～15mg/ml的空穴传输层材料的甲苯溶液，待空穴注入层充分冷却后，将所述甲苯溶液旋涂在空穴注入层上，旋涂后将放置在120～150℃处理20～30min，形成空穴传输层；
17、s4、钙钛矿发光层的制备：制备钙钛矿前驱体溶液，在氮气环境中，将钙钛矿前驱体溶液滴加在s3所得到的样品表面，采用旋涂法、刮涂法、涂布法或丝网印刷法成膜，并在旋涂开始后的第4-5s滴加适量反溶剂氯苯，旋涂结束后将样品放在100～120℃的热台上退火1～3min，形成钙钛矿薄膜；
18、s5、有机光电层的制备：将n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺溶于氯苯中形成浓度为5mg/ml的溶液，旋涂于钙钛矿薄膜表面，旋涂完后将样品静置2～2.5小时，形成有机光电层；
19、s6、电子传输层的制备：待步骤s5处理的样品冷却后，在真空状态下沉积电子传输层材料，形成电子传输层；
20、s7、阴极修饰层和金属电极的制备：在电子传输层表面依次真空沉积电极修饰层和金属电极，从而制得所述发光二极管。
21、优选的，步骤s4所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
22、s4-1、将c6h5(ch2)2nh3x、pbx2、h2n(ch3)2x(二甲胺氢溴酸盐dmax)、csx溶解在有机溶剂n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中；所述于有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)；其中x为cl、br、i中的一种或多种；
23、s4-2、加入缺陷钝化剂，得到混合液，常温搅拌过夜，得到钙钛矿前驱体溶液。
24、更优选的，步骤s4-1所述c6h5(ch2)2nh3x、pbx2按照c6h5(ch2)2nh3+与pb2+的摩尔比为2～2.5:5的量取；所述h2n(ch3)2x与csx的摩尔比为0.7:0.3，其中h2n(ch3)2+与cs+的物质的量总量与pb2+的物质的量摩尔比为4:5；部分物质添加比化学结构式要多是为了促进反应进行；
25、更优选的，步骤s4-2所述缺陷钝化剂为5-氨基戊酸(5-ava)，5-ava与pbx2的摩尔比为0.05；所述混合液中pbx2的摩尔浓度为0.5～0.6mmol/ml。
26、优选的，步骤s6所述真空状态的真空度为3×10-7torr。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件及其制备方法，本专利技术制备的钙钛矿器件，有机光电层的特性材料为n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺，通过在钙钛矿层与电子传输层之间制备一层有机光电层，可有效优化光电子器件结构，电子器件可为发光二极管、太阳能电池、光电探测器等。
28、且通过在钙钛矿发光层上制备的有机光电层，其具有的c＝o可以钝化钙钛矿表面的铅离子空位缺陷，改善钙钛矿层和电子传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，由下至上依次为透明导电基底、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿发光层、有机光电层、电子传输层、电极修饰层、金属电极；
2.根据权利要求1所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述透明导电基底的厚度为150～160nm；空穴注入层的厚度为60～65nm；空穴传输层的厚度为15～20nm；钙钛矿发光层的厚度为150～160nm；有机光电层的厚度为5-10nm；电子传输层的厚度为40～60nm；电极修饰层的厚度为1～2nm；金属电极的厚度为50～60nm。
3.根据权利要求1所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述透明导电基底为氧化锡铟或掺氟氧化锡的任意一种；
4.根据权利要求1所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述空穴传输层为聚乙烯咔唑、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]、2-叔丁基-9,10-二(
5.根据权利要求1所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述电子传输层为1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽、吡嗪并[2,3-f][1,10]菲咯啉-2,3-二腈、1,3-双(3,5-二吡啶-3-基苯基)苯中的一种或多种；
6.根据权利要求1所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述金属电极为金、银和铝中的任意一种。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，步骤S4所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，步骤S4-1所述C6H5(CH2)2NH3X、PbX2按照C6H5(CH2)2NH3+与Pb2+的摩尔比为2～2.5:5的量取；所述H2N(CH3)2X与CsX的摩尔比为0.7:0.3，其中H2N(CH3)2+与Cs+的物质的量总量,与Pb2+的物质的量摩尔比为4:5；
10.根据权利要求7所述的基于N-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，步骤S6所述真空状态的真空度为3×10-7Torr。
...【技术特征摘要】
1.一种基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，由下至上依次为透明导电基底、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿发光层、有机光电层、电子传输层、电极修饰层、金属电极；
2.根据权利要求1所述的基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述透明导电基底的厚度为150～160nm；空穴注入层的厚度为60～65nm；空穴传输层的厚度为15～20nm；钙钛矿发光层的厚度为150～160nm；有机光电层的厚度为5-10nm；电子传输层的厚度为40～60nm；电极修饰层的厚度为1～2nm；金属电极的厚度为50～60nm。
3.根据权利要求1所述的基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述透明导电基底为氧化锡铟或掺氟氧化锡的任意一种；
4.根据权利要求1所述的基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述空穴传输层为聚乙烯咔唑、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]、2-叔丁基-9,10-二(萘-2-基)蒽、1,3,5-三(咔唑-9-基)苯中的任意一种；
5.根据权利要求1所述的基于n-(4-甲基吡啶-2-基)哌啶-4-羧酰胺有机光电层的钙钛矿器件，其特征在于，所述电子传输层为1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯、3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙明珠，钱基君，聂志国，孟威威，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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