多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供多层有机‑无机杂化钙钛矿发光二极管及其制备方法，方法包括：步骤1.将ITO导电玻璃清洗后烘干作为阳极基底；步骤2.在阳极基底上滴加PEDOT:PSS溶液，旋涂，然后退火，得到空穴传输层；步骤3.制备甲胺溴铅前驱体溶液；步骤4.将前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，退火，得到第一钙钛矿层；增加转速，在第一层顶部旋涂，退火，得到第二钙钛矿层；依次增加转速，逐层进行旋涂和退火处理，获得包含至少三层钙钛层的钙钛矿发光层；步骤5.在高真空下，于钙钛矿发光层的上方蒸镀TPBI，得到电子传输层；步骤6.在高真空下，于电子传输层上热蒸发沉积一定厚度的电子注入层；步骤7.于电子注入层上蒸镀一定厚度的阴极。

【技术实现步骤摘要】
多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管及其制备方法
本专利技术属于电致发光器件领域，具体涉及一种多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管及其制备方法。技术背景钙钛矿是指具有ABX3构型的晶体材料。目前，应用于太阳能电池的钙钛矿分子是一种长程有序的有机-无机杂化结构，A、B和X分别代表一价有机阳离子(MA：CH3NH3+，FA：NH2CH＝NH2+，Cs+)、二价金属阳离子(Pb2+，Sn2+)和卤素阴离子(Cl-，Br-，I-)。这种有机金属卤化物钙钛矿材料具有消光系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、激子束缚能低、以及双极性传输等优异特性，使其在工作过程中能够充分地吸收太阳光，并且降低在光电转换过程中的能量损失，因而在廉价太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光器、薄膜晶体管等方面都具有很好的发展前景。其中，因具有发光效率高、发光谱线窄、载流子迁移率高以及能带可调等优点，钙钛矿材料可应用于可见光波段的电致发光器件并受到广泛的关注。然而，器件中钙钛矿层覆盖率低、平整度低造成严重的非辐射漏电流的产生，因此钙钛矿薄膜的质量决定着钙钛矿发光二极管性能。如何制备光滑、覆盖率高钙钛矿薄膜对于钙钛矿发光二极管而言变得至关重要，决定着器件的发光强度和外量子效率。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于出一种多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管及其制备方法，能够获得小颗粒并且高覆盖率平整的钙钛矿薄膜，有效提高发光二极管的发光强度和外量子效率。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<制备方法>本专利技术提供一种多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.将氧化铟锡(ITO)导电玻璃进行标准化清洗后烘干并将其作为阳极基底；步骤2.制备空穴传输层：在阳极基底上滴加聚3，4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)溶液，进行旋涂，然后进行退火处理，得到空穴传输层；步骤3.配置前驱体溶液：通过PbBr2与CH3NH3Br制备甲胺溴铅(CH3NH3PbBr3)前驱体溶液；步骤4.制备钙钛矿发光层：将前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，然后进行退火处理，得到第一钙钛矿层；增加转速，在第一钙钛矿层的顶部旋涂，然后进行退火处理，得到第二钙钛矿层；按照该方式，依次增加转速，逐层进行旋涂和退火处理，获得包含至少三层钙钛层的钙钛矿发光层；步骤5.制备电子传输层：在高真空下，于钙钛矿发光层的上方蒸镀1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBI)，得到电子传输层；步骤6.制备电子注入层：在高真空下，于电子传输层上热蒸发沉积一定厚度的电子注入层；步骤7.制备阴极：于电子注入层上蒸镀一定厚度的阴极。优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，是将ITO导电玻璃用丙酮、乙醇、去离子水在60～100赫兹超声条件下各清洗5～100分钟，然后使用惰性气体的气枪进行吹干，接着进行5～10分钟的氧气等离子体表面清洗处理。优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，是将PEDOT:PSS溶液置于ITO导电玻璃表面上，设置旋涂速度为8000r/min，旋涂时长为30～45s，获得一层PEDOT:PSS薄膜，然后进行退火温度为150℃、退火时间为15分钟的退火处理。优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤3中，CH3NH3Br：PbBr2摩尔比为2:1，前驱体溶液中溶质CH3NH3Br和PbBr2的总含量为5wt.％，将溶质加入溶剂中后，在60℃条件下进行搅拌，转速为500r/min，搅拌时长为12h。采用的溶剂可以为无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或者二甲基亚砜(DMSO)，最佳为DMF。优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤4中，第一钙钛矿层的旋涂速度为2000r/min，旋涂时长为30～45s，退火温度为80℃，退火时间为10min；待冷却后，进行后续各层的旋涂操作，并且每旋涂一层，旋涂速度递增2000r/min，退火处理条件与第一钙钛矿层相同。优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤4中，钙钛矿发光层包含三层钙钛矿层：第一钙钛矿层的旋涂速度为2000r/min，旋涂时长为45s，退火温度为80℃，退火时间为10min；第二钙钛矿层的旋涂速度为4000r/min，旋涂时长为45s，退火温度为80℃，退火时间为10min；第三钙钛矿层的旋涂速度为6000r/min，旋涂时长为45s，退火温度为80℃，退火时间为10min。优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤5中，是采用物理气相沉积法蒸镀电子传输层TPBI，厚度为30nm，蒸镀速率为优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤6中，是采用物理气相沉积法蒸镀空穴传输层LiF，厚度为0.5nm，蒸镀速率为优选地，本专利技术提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法还可以具有以下特征：在步骤7中，是采用物理气相沉积法蒸镀阴极材料Al，厚度为100nm，蒸镀速率为<发光二极管>本专利技术还提供一种多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管，其特征在于：采用上述<制备方法>中所描述的方法制得。专利技术的作用与效果本专利技术采用上述方法制备得到多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管，该结构中空穴传输层和发光层均采用旋涂的方式，通过旋涂至少三层钙钛矿薄膜制得钙钛矿发光层，该钙钛矿发光层中钙钛矿薄膜孔洞少、覆盖率高、晶体尺寸小，能够有效减少空穴传输层与钙钛矿发光层之间漏电的产生，加快激子辐射重组，同时提高发光二极管的发光亮度、外量子效率以及电流效率等。本方法重复性好，方便操作，可以有效提高钙钛矿LED器件的光电性能。附图说明图1为本专利技术实施例中制备的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的结构示意图，图中：10为二极管，11为阳极基底，12为空穴传输层，13为钙钛矿发光层，14为电子传输层，15为电子注入层，16为阴极；图2为本专利技术制备的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的能级图；图3为不同旋涂次数制备的钙钛矿发光二极管的亮度随电流密度的变化曲线图；图4为不同旋涂次数制备的钙钛矿发光二极管在50mA/cm2下的电致发光光谱图；图5为不同旋涂次数制备的钙钛矿发光二极管的电流效率随电流密度的变化曲线图；图6为不同旋涂次数制备的钙钛矿发光二极管的外量子效率随电流密度的变化曲线图；图7为不同层数的钙钛矿薄膜扫描电子显微镜(SEM)图，其中(1)表示单层，(2)表示双层，(3)表示三层，(4)表示四层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术涉及的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管及其制备方法的具体实施方案进行详细地说明。<实施例一>如图1所示，本实施例一提供的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管10的制备方法，包括以下步骤：步骤1.将ITO导电玻璃用丙酮、乙醇、去离子水在60～100赫兹超声条件下各清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多层有机‑无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.将ITO导电玻璃清洗烘干后作为阳极基底；步骤2.制备空穴传输层在阳极基底上滴加PEDOT:PSS溶液，进行旋涂，然后进行退火处理，得到空穴传输层；步骤3.配置前驱体溶液通过PbBr2与CH3NH3Br制备CH3NH3PbBr3前驱体溶液；步骤4.制备钙钛矿发光层将前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，然后进行退火处理，得到第一钙钛矿层；增加转速，在第一钙钛矿层的顶部旋涂，然后进行退火处理，得到第二钙钛矿层；按照该方式，依次增加转速，逐层进行旋涂和退火处理，获得包含至少三层钙钛层的钙钛矿发光层；步骤5.制备电子传输层在高真空下，于钙钛矿发光层的上方蒸镀TPBI，得到电子传输层；步骤6.制备电子注入层在高真空下，于电子传输层上热蒸发沉积一定厚度的电子注入层；步骤7.制备阴极于电子注入层上蒸镀一定厚度的阴极。

【技术特征摘要】
1.多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.将ITO导电玻璃清洗烘干后作为阳极基底；步骤2.制备空穴传输层在阳极基底上滴加PEDOT:PSS溶液，进行旋涂，然后进行退火处理，得到空穴传输层；步骤3.配置前驱体溶液通过PbBr2与CH3NH3Br制备CH3NH3PbBr3前驱体溶液；步骤4.制备钙钛矿发光层将前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，然后进行退火处理，得到第一钙钛矿层；增加转速，在第一钙钛矿层的顶部旋涂，然后进行退火处理，得到第二钙钛矿层；按照该方式，依次增加转速，逐层进行旋涂和退火处理，获得包含至少三层钙钛层的钙钛矿发光层；步骤5.制备电子传输层在高真空下，于钙钛矿发光层的上方蒸镀TPBI，得到电子传输层；步骤6.制备电子注入层在高真空下，于电子传输层上热蒸发沉积一定厚度的电子注入层；步骤7.制备阴极于电子注入层上蒸镀一定厚度的阴极。2.根据权利要求1所述的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于：其中，在步骤1中，是将ITO导电玻璃用丙酮、乙醇、去离子水在60～100赫兹超声条件下各清洗5～100分钟，然后使用惰性气体的气枪进行吹干，接着进行5～10分钟的氧气等离子体表面清洗处理。3.根据权利要求1所述的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于：其中，在步骤2中，是将PEDOT:PSS溶液置于ITO导电玻璃表面上，设置旋涂速度为8000r/min，旋涂时长为30～45s，获得一层PEDOT:PSS薄膜，然后进行退火温度为150℃、退火时间为15分钟的退火处理。4.根据权利要求1所述的多层有机-无机杂化钙钛矿发光二极管的制备方法，其特征在于：其中，在步骤3中，CH3NH3Br：PbBr2摩尔比为2:1，前驱体溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：周远明，梅思炯，刘能，石五行，孙东伟，梅菲，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42