【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料及光电，具体涉及一种在高湿度空气环境下制备混合溴氯全无机钙钛矿薄膜的方法。
技术介绍
1、金属卤化物钙钛矿因原料成本低廉、光电性能优异、光谱易调节、加工工艺简单等优点，在光电器件领域具有广阔的应用前景。自首次报道室温电致发光器件以来，其发光二极管性能一直处于飞速发展状态，在近红外、红光和绿光波段的外量子效率已经接近商业化标准，成为未来高品质照明和高端显示应用的有前途的候选者。然而，几乎所有高性能的钙钛矿发光二极管(peled)都需要在惰性或干燥的气氛中制备，以降低湿度和空气对钙钛矿结晶的不利影响，这不可避免地增加了制造复杂性和成本。因此，开发在环境氛围中的加工策略将有利于降低peled的制造成本，推动其产业化应用的进程。
2、目前，学术界主要使用两种方法在非惰性环境下制备适用于发光二极管的钙钛矿薄膜。第一种方法是在钙钛矿成核和结晶的过程中严格控制环境中的水氧含量，例如在钙钛矿前驱体旋涂过程中使用氮气等惰性气体吹拂以隔离水氧，或直接将环境中的水氧控制在较低的水平。目前基于这种方法的发光二极管器件外量子效率已经超过15％。然而，该方法要求严格控制环境湿度和温度，不利于低成本的工业生产。另一种方法是选择合适的衬底材料减少水氧吸附来控制结晶动力学，例如，使用自组装单分子层作为器件的空穴传输层和非惰性环境下钙钛矿前驱体溶液的衬底，可在湿度高达60％的环境中制备准二维铯基铅溴(cspbbr3)薄膜，目前基于这种方法的发光二极管器件亮度超过20000cd m-2。然而，该方法使用的自组装单分子层需要复杂的化
3、两步旋涂方法将形成钙钛矿的两种主要原料依次均匀沉积在衬底上，通过后续加热退火过程中的界面离子扩散形成钙钛矿，由于化学反应主要发生在界面处，并且上层前驱体薄膜远离界面，因此，该方法相比于一步旋涂的方法具有天然的隔绝水氧的能力。目前，该方法已用于非惰性环境下钙钛矿厚膜的制备。然而，由于自吸收作用，厚膜一般只适用于太阳能电池器件；而发光二极管一般的最佳薄膜厚度仅为太阳能电池厚度的数分之一。目前国内外还没有关于高湿度空气环境下使用两步旋涂工艺制备适用于发光二极管器件的钙钛矿薄膜的报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种在高湿度空气环境下制备混合溴氯全无机钙钛矿薄膜的方法。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
3、本专利技术提供一种混合溴氯全无机钙钛矿薄膜的制备方法，在高湿度空气环境下使用两步旋涂工艺进行，制备的钙钛矿薄膜具有零维-三维双相结构，化学式为cs4pb(br1-xclx)6-cspb(br1-xclx)3，其中0<x<1。
4、进一步地，在第一步和第二步的旋涂溶液中加入四苯基卤化磷和吐温20，限制薄膜中的相生长。
5、进一步地，旋涂后的薄膜在空气环境中使用热退火辅助离子扩散，在四苯基卤化磷和吐温20协同作用下，生成双相钙钛矿组分。
6、进一步地，薄膜的禁带宽度通过调控两步旋涂溶液中的氯离子含量，来调控发射波长，从绿色即x＝0调控至深蓝色即x>0.5。
7、进一步地，该方法具体包括以下步骤：
8、1)将pbx2、四苯基卤化磷、吐温20按照一定的比例溶解于dmf，在空气环境中加热搅拌，直至全部溶解，得到溶液a；在空气环境下，使用旋涂的方法将溶液a分布在衬底a表面，得到衬底b；
9、2)将csx、四苯基卤化磷、吐温20按照一定的比例溶解于水和异丙醇的混合溶剂，得到溶液b，csx中x为溴、氯或其混合，四苯基卤化磷中卤素为溴、氯或其组合；在高湿度空气环境下，使用旋涂的方法将溶液b分布在衬底b表面；
10、3)得到的pbx2/csx双层薄膜，在空气环境下采用热退火的方法辅助离子跨pbx2/csx界面扩散，并反应生成双相钙钛矿；退火温度不高于150℃，退火温度和退火时间根据pbx2和csx层厚度调控，直至薄膜光学、电学和表面性质达到最佳。
11、进一步地，步骤1)中，所述pbx2、四苯基卤化磷、吐温20按照质量比25：0.1～25：0.1～25溶解于dmf。
12、进一步地，步骤1)中，所述衬底a为塑料薄膜、金属薄片、玻璃薄片中的任一种。
13、进一步地，步骤2)中，所述csx、四苯基卤化磷、吐温20按照质量比8：0.1～8：0.1～8溶解于水和异丙醇的混合溶剂；水和异丙醇的体积比＜1，异丙醇和水的体积根据csx的质量和氯离子含量调节，直至刚好能够溶解csx。
14、进一步地，步骤2)中，所述高湿度空气环境是指相对湿度在40～70％rh的空气环境。
15、本专利技术还提供一种混合溴氯全无机钙钛矿薄膜在发光二极管制备中应用，cs4pb(br1-xclx)6-cspb(br1-xclx)3作为发光二极管发光介质，采用透明底电极/空穴或电子传输层/钙钛矿发光层/电子或传输层/界面修饰层/对电极结构。
16、本专利技术的有益效果是：
17、本专利技术提供一种混合溴氯全无机钙钛矿薄膜的制备方法，制备的薄膜为零维和三维双相结构，是采用两步连续沉积方法生长出高表面覆盖率、高光学质量的薄膜。由于界面处的化学反应隔绝了水氧，有利于消除其对钙钛矿生成过程的影响；四苯基卤化磷和吐温20改变了pbx2和csx反应路径，生成零维和三维双相结构，有利于三维钙钛矿的缺陷钝化和环境稳定性；此外，生成的钙钛矿薄膜厚度可控，因此非常适合用于发光二极管器件的发光介质。
18、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
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1.一种在高湿度空气环境下制备混合溴氯全无机钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，在高湿度空气环境下使用两步旋涂工艺进行，制备的钙钛矿薄膜具有零维-三维双相结构，化学式为Cs4Pb(Br1-xClx)6-CsPb(Br1-xClx)3，其中0<x<1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一步和第二步的旋涂溶液中加入四苯基卤化磷和吐温20，限制薄膜中的相生长。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，旋涂后的薄膜在空气环境中使用热退火辅助离子扩散，在四苯基卤化磷和吐温20协同作用下，生成双相钙钛矿组分。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，薄膜的禁带宽度通过调控两步旋涂溶液中的氯离子含量，来调控发射波长，从绿色即x＝0调控至深蓝色即x>0.5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述PbX2、四苯基卤化磷、吐温20按照质量比25：0.1～25：0.1～25溶解于DMF。
7.
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述CsX、四苯基卤化磷、吐温20按照质量比8：0.1～8：0.1～8溶解于水和异丙醇的混合溶剂；水和异丙醇的体积比＜1，异丙醇和水的体积根据CsX的质量和氯离子含量调节，直至刚好能够溶解CsX。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述高湿度空气环境是指相对湿度在40～70％rh的空气环境。
10.根据权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的混合溴氯全无机钙钛矿薄膜在发光二极管制备中应用，其特征在于，Cs4Pb(Br1-xClx)6-CsPb(Br1-xClx)3作为发光二极管发光介质，采用透明底电极/空穴或电子传输层/钙钛矿发光层/电子或传输层/界面修饰层/对电极结构。
...【技术特征摘要】
1.一种在高湿度空气环境下制备混合溴氯全无机钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，在高湿度空气环境下使用两步旋涂工艺进行，制备的钙钛矿薄膜具有零维-三维双相结构，化学式为cs4pb(br1-xclx)6-cspb(br1-xclx)3，其中0<x<1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一步和第二步的旋涂溶液中加入四苯基卤化磷和吐温20，限制薄膜中的相生长。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，旋涂后的薄膜在空气环境中使用热退火辅助离子扩散，在四苯基卤化磷和吐温20协同作用下，生成双相钙钛矿组分。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，薄膜的禁带宽度通过调控两步旋涂溶液中的氯离子含量，来调控发射波长，从绿色即x＝0调控至深蓝色即x>0.5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述pbx2、四苯...
【专利技术属性】
技术研发人员：程露，毛清华，汤亚伟，吴浩强，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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