电致发光装置制造方法及图纸

一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与第一电荷注入层连接的第一电极；与第二电荷注入层连接的第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述第一电荷注入层和第二电荷注入层之间；并且其中所述第一电荷注入层和第二电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿发射层的带隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及一种固态发光装置，并且具体地，涉及一种钙钛矿系发光二极管以及相关制造方法。专利技术背景在其最基本的形式中，发光二极管(LED)包括安置在阳极和阴极之间的发光层。可以在阳极和发光层(也成为活化层或发射层)之间结合空穴注入层。其作用是减小阳极的功函与发光层的最高占据分子轨道(HOMO)之间的能量差，从而增加引入到发光层中的空穴的数量。宽泛而言，在操作中，并且如果存在空穴注入层，空穴通过阳极注入活化层，而电子通过阴极注入活化层中。空穴和电子在发光层中复合以形成激子，所述激子然后经历放射性衰变以提供光。相当地，在阴极和发光层之间的电子注入层可以起到控制电子注入到发光层中的作用。这些注入层的另外作用是将载流子限制在装置内，使得在正向电偏压下，明显地阻止从阴极注入到发光层中的电子经由空穴注入层离开发光层，并且相当地，明显地阻止从阳极注入到发光层中的空穴经由电子注入层离开发光层。一些装置在空穴注入层和发光层之间还结合有薄聚合物夹层。这起到了改进装置效率和LED的寿命的重要作用。例如，通过夹层，可以得到具有大于5％的外量子效率的蓝色LEPOLED，其比没有夹层的情况高出35％。据信这可以归因于阻止在空穴注入层/发光层界面的激子猝灭。在过去二十年以来，基于直接带隙半导体的固态发光装置被用作发光的有效能量来源。然而，这些装置的制造典型地依赖于昂贵的高温和高真空工艺，例如，分子束外延或热升华，从而使得它们在用于大面积显示器的方面是不经济的。关于具有用于高效光电效应的钙钛矿化学计量和晶体结构的地球上大量存在的有机金属卤化物系材料的最近报道阐述了该类材料是用于光电装置的优异半导体。背景信息可以在下列各项中找到：M.M.Lee等，Science2012，338，643；H.-S.Kim等，Sci.Rep.2012，2；J.Burschka等，Nature2013，499，316；M.Liu等，Nature2013，501，395；S.D.Stranks等，Science2013，342，341；G.Xing等，Science2013，342，344；J.Heo等，NatPhoton2013，7，486。钙钛矿类的材料的实例优点在于，它们可以在中等工艺条件下非常容易地进行溶液处理或真空沉积，不需要高温加热步骤，并且它们具有在可见区域至红外区域中可以调节的光学带隙，从而使得它们是用于低成本和大面积光电子制造的非常具有吸引力的材料。例如参见，C.C.Stoumpos等，InorganicChemistry2013，52，9019；和J.H.Noh等，NanoLetters2013，13，1764。有机金属卤化物系钙钛矿还具有强的光致发光性质，因此使得它们是用于发光装置的合适备选物。然而，仅仅在液氮温度才能实现电致发光，从而使得这些装置的应用是不实际的。本申请的申请人确认需要开发这样的一种发光装置，其中可以在室温实现电致发光。专利技术概述宽泛而言，本专利技术提供钙钛矿系发光装置(PeLED)，其中在室温实现电致发光。本申请人已经确定了一定数量的使用溶液工艺钙钛矿形成的装置结构和构造，并且其可以用于实现高亮度近红外、绿色和红色电致发光。描述了三个实例装置构造以示例在室温使用钙钛矿用于发光二极管的能力。因此，根据本专利技术的第一方面，提供一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与第一电荷注入层连接的第一电极；与第二电荷注入层连接的第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述第一电荷注入层和第二电荷注入层之间；并且其中所述第一电荷注入层和第二电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿发射层的带隙。在本文中，每一个电极可以与电荷注入层连接，并且电极和电荷注入层的组合可以导致电荷注入到钙钛矿发射层中。所述电荷注入层可以活跃地注入电荷，或它们可以起到电荷传输层的作用。根据本专利技术的第二方面，提供一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与电荷注入层连接的第一电极；第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述电荷注入层和所述第二电极之间；并且其中所述电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿层的带隙。在本文中，第二电极可以与钙钛矿发射层直接连接，并且因此，第二电极可以被认为是第二电荷注入层。根据本专利技术的第三方面，提供一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与第一电荷注入层连接的第一电极；与第二电荷注入层连接的第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述第一电荷注入层和第二电荷注入层之间；并且其中所述第一电荷注入层是空穴注入聚电解质，并且所述第二电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿发射层的带隙。在本文中，每一个电极可以与电荷注入层连接，并且电极和电荷注入层的组合可以导致电荷注入到钙钛矿发射层中。与本专利技术的第一方面不同，所述电荷注入层中的一个由空穴注入聚电解质替换。下列特征适用于本专利技术的所有方面。所述钙钛矿发射层可以由下列各项组成：纯钙钛矿材料、纯卤化物钙钛矿、纯有机金属卤化物钙钛矿如CH3NH3PbI3-xCIx或CH3NH3PbBr3，和/或混合的钙钛矿材料。第一电极可以由透明导电材料形成。因此，PeLED装置可以使用标准装置构造(其中从透明导电电极注入电子)或倒置装置构造(其中透明导电电极用于空穴注入)，遵循在钙钛矿和染料敏化光电技术中采用的常规设置。为了将注入的电荷(空穴和电子)限制在活性(发射性)钙钛矿层中，通过从带隙大于钙钛矿层的带隙的材料形成电荷注入层中的一个或两个，使用薄钙钛矿膜形成PeLED。不希望受理论束缚，据信钙钛矿中的小的激子结合能导致缓慢的电子-空穴捕获和相关的辐射性复合。本专利技术的一个重要方面是选择带隙大于钙钛矿的带隙的至少一个电荷注入层以及正确地选择LUMO和HOMO水平，从而实现活性钙钛矿层中电子和空穴的空间局域，导致改进的辐射性复合和发光。优选地，钙钛矿层是具有小于100nm的厚度的薄膜；更优选小于60nm，例如小于20nm。再次，不希望受理论束缚，据信注入的电荷在薄“井”内的限制增强了电子-空穴捕获并且增加了辐射性复合。电荷注入层中的至少一个可以具有介于1.5eV至5eV之间的光学带隙。电荷注入层中的一个或两个可以由半导体材料和/或有机半导体材料形成。电荷注入层中的一个可以是空穴注入有机半导体材料，并且例如可以选自由下列各项组成的组：PANI(聚苯胺)、聚吡咯、任选取代且掺杂的聚(乙撑二氧噻吩)(PEDOT)和PEDOT：PSS(其用作本专利技术的第三方面中的第一电荷注入层)。电荷注入层中的一个可以是电子注入有机半导体材料并且例如可以选自由下列各项组成的组：聚(芴)，优选F8、TFB、F8BT和F8-TFBAB共聚物(95：5F8：TFB)。备选地，电荷注入层中的一个可以是电子注入无机半导体材料并且选自由下列各项组成的组：二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化镁锌(MgZnO)和铝掺杂的ZnO(AZO)。备选地，电荷注入层中的一个可以是空穴注入有机半导体材料并且选自由下列各项组成的组：聚芴(优选F8、TFB、PFB或F8-TFB)、螺-OMeTAD、聚咔唑(优选聚(9-乙烯基咔唑))和4，4’-二(N-咔唑基)-1，1’-联苯。第一和第二电极中的一个或两个可以由透明导电材料形成。在实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与第一电荷注入层连接的第一电极；与第二电荷注入层连接的第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述第一电荷注入层和第二电荷注入层之间；并且其中所述第一电荷注入层和第二电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿发射层的带隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.30 GB 1407606.11.一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与第一电荷注入层连接的第一电极；与第二电荷注入层连接的第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述第一电荷注入层和第二电荷注入层之间；并且其中所述第一电荷注入层和第二电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿发射层的带隙。2.一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与电荷注入层连接的第一电极；第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述电荷注入层和所述第二电极之间；并且其中所述电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿层的带隙。3.一种固态发光装置，所述固态发光装置包括：与第一电荷注入层连接的第一电极；与第二电荷注入层连接的第二电极；包含钙钛矿材料的发射层，其中所述发射层安置在所述第一电荷注入层和第二电荷注入层之间；并且其中所述第一电荷注入层是空穴注入聚电解质，并且所述第二电荷注入层的带隙大于所述钙钛矿发射层的带隙。4.根据权利要求1至3中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层中的至少一个具有1.5eV至5eV的光学带隙。5.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述发射层具有小于100nm的厚度。6.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层中的至少一个由半导体材料形成。7.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层中的至少一个由有机半导体材料形成。8.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层是空穴注入有机半导体材料并且选自由下列各项组成的组：PEDOT：PSS、PANI(聚苯胺)、聚吡咯、任选取代且掺杂的聚(乙撑二氧噻吩)(PEDOT)。9.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层是电子注入有机半导体材料并且选自由下列各项组成的组：聚(芴)，优选F8、TFB、F8BT或F8-TFBAB共聚物(95：5F8：TFB)。10.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层是电子注入无机半导体材料并且选自由下列各项组成的组：二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化镁锌(MgZnO)和铝掺杂的ZnO(AZO)。11.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述电荷注入层是空穴注入有机半导体材料并且选自由下列各项组成的组：聚芴(优选F8、TFB、PFB或F8-TFB)、或螺-OMeTAD、或聚咔唑(优选聚(9-乙烯基咔唑))、或4，4’-二(N-咔唑基)-1，1’-联苯。12.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述第一电极和第二电极中的至少一个由透明导电材料形成。13.根据权利要求12所述的固态发光装置，其中所述电极是阳极并且所述透明导电材料选自：氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、氧化铟锌、石墨烯、碳纳米管、以及厚度小于20nm的金属。14.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中在所述电荷注入层的任一者与所述发光层之间或在所述电荷注入层的两者与所述发光层之间形成有薄绝缘层。15.根据权利要求14所述的固态发光装置，其中所述绝缘层由氧化物或氮化物形成并且具有小于30nm的厚度。16.根据权利要求14所述的固态发光装置，其中所述绝缘层选自由下列各项组成的组：氧化铝、二氧化硅、氮化硅、用氧化铝改性的氧化锌、氧化镍或氧化镁。17.根据权利要求14所述的固态发光装置，其中所述绝缘层由绝缘聚合物形成并且选自由下列各项组成的组：聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚(乙烯亚胺)-乙氧基化物(PEIE)、聚苯乙烯(PS)和聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。18.根据权利要求14至17中任一项所述的固态发光装置，其中所述绝缘层是通过原子层沉积ALD进行沉积的。19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中在透明导电电极和所述钙钛矿层之间、在电荷注入层和导电电极之间、在透明导电电极和电荷注入层之间、在所述钙钛矿层和电荷注入层之间、或在所述钙钛矿层和导电电极之间，沉积有选自三氧化钼和三氧化钨的材料的＜30nm的薄层。20.根据前述权利要求中任一项所述的固态发光装置，其中所述钙钛矿是有机金属卤化物钙钛矿材料或金属卤化物钙钛矿材料。21.根据权利要求20所述的固态发光装置，其中所述有机金属卤化物钙钛矿或金属卤化物钙钛矿具有AMX3结构，其中A是一价有机阳离子或一价金属阳离子，M是二价阳离子，并且X是卤化物阴离子。22.根据权利要求20或21所述的固态发光装置，其中二价阳离子M是二价金属阳离子。23.根据权利要求22所述的固态发光装置，其中所述二价金属阳离子是锡(Sn2+)或铅(Pb2+)。24.根据权利要求20至23中任一项所述的固态发光装置，其中所述一价有机阳离子是伯、仲或叔铵阳离子[HNR1R2R3]+，其中R1、R2和R3中的每一个可以相同或不同并且选自氢、未取代或取代的C1-C20烷基和未取代或取代的C5-C18芳基。25.根据权利要求20至23中任一项所述的固态发光装置，其中所述一价有机阳离子具有下列形式[R1R2N-CH＝NR3R4]+：其中R1、R2、R3和R4中...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·亨利·弗兰德，谭智匡，阿迪蒂亚·萨达纳拉，赖美玲，巴勃罗·多坎波斯，费利克斯·德施勒，迈克尔·普莱斯，法比安·哈努施，亨利·斯奈思，礼萨·萨贝里·穆加达姆，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB