CN109004091B - 一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，从所述量子点发光二极管的一侧到另一侧依次包括ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿量子点发光层、电子传输层和阴极，还包括界面层，所述界面层设置在所述钙钛矿量子点发光层和电子传输层之间，所述界面层为BCPO层或DPEPO层。界面层的设置有效平衡了电子和空穴的注入，从而提高了钙钛矿量子点发光二极管的发光性能。

Description

一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管及其制备方法。
背景技术
金属卤化物钙钛矿发光材料以其优异的光电特性在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、激光等领域备受关注。传统的热注入量子点合成方法通常需要高温和惰性气体保护，制备工艺相对复杂，成本高昂，而在室温条件下制备且不需要惰性气体保护所得的钙钛矿量子点同样具备如此独特的光学特性，如尺寸依赖发光、高色纯度、高量子产率等，同时室温钙钛矿还极易大规模制备，使其在光电子学领域具有巨大的潜在应用价值。当前，科研工作者针对于钙钛矿发光二极管的关注度与日俱增，其发光性能短短几年就有了显著改善，效率的改善很大程度上依赖于电子与空穴的注入平衡程度，其中界面调控是平衡载流子注入的主要方法之一。
因此，需要一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题，提供一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，从所述量子点发光二极管的一侧到另一侧依次包括ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿量子点发光层、电子传输层和阴极，还包括界面层，所述界面层设置在所述钙钛矿量子点发光层和电子传输层之间，所述界面层为BCPO层或DPEPO层。
更进一步的，所述空穴注入层为PEDOT:PSS层。
更进一步的，所述空穴传输层为PTAA、Poly-TPD、TFB、PVK、NPB、TCTA、TAPC和CBP中一种或多种的混合物。
更进一步的，所述钙钛矿量子点发光层为APbX3钙钛矿纳米晶，其中，A为FA、MA和Cs的一种或多种混合阳离子，X为Cl、Br和I中的一种或多种混合阴离子。
更进一步的，所述电子传输层为TPBi层、PBD层或Bphen层。
更进一步的，所述阴极为LiF/Al电极、Liq/Al电极或Ag电极。
更进一步的，所述空穴注入层的厚度为30-60nm，所述空穴传输层的厚度为20-50nm，所述钙钛矿量子点发光层的厚度为30-40nm，所述界面层的厚度为5-20nm，所述电子传输层的厚度为30-50nm，所述阴极的厚度为80-110nm。
有益效果：本发明的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管成本低，且量子点可大规模制备，界面层的设置有效平衡了电子和空穴的注入，从而提高了钙钛矿量子点发光二极管的发光性能。
本发明还公开了一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
一、在ITO玻璃表面旋涂沉积(DEDOT:PSS)溶液并进行热处理，得到空穴注入层；
二、在步骤一得到的空穴注入层的表面沉积PTAA、Poly-TPD、TFB、PVK、NPB、TCTA、TAPC和CBP中一种或多种的混合物并进行热处理，得到空穴传输层；
三、在步骤二得到的空穴传输层的表面旋涂APbX3量子点分散液并进行热处理得到钙钛矿量子点发光层，其中，A为FA、MA和Cs的一种或多种混合阳离子，X为Cl、Br和I中的一种或多种混合阴离子，APbX3量子点APbX3量子点分散液的溶剂为正辛烷，；
四、在步骤三得到钙钛矿量子点发光层的表面热蒸发沉积或溶液旋涂BCPO或DPEPO，得到界面层；
五、在步骤四得到的界面层的表面热蒸发沉积TPBi、PBD或Bphen作为电子传输层；
六、在步骤五的电子传输层的表面热蒸发沉积阴极，得到量子点发光二极管。
更进一步的，步骤一中(DEDOT:PSS)溶液的浓度为1.3～1.7wt％，热处理温度为90-150℃，处理时间为10-30分钟；步骤二中热处理的温度为50-80℃，处理时间为5-15分钟；步骤三中热处理的温度为50-80℃，处理时间为5-15分钟。
更进一步的，步骤三中APbX3量子点分散液在室温下制备得到。
有益效果：本发明的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，制备工艺简单，成本低，且量子点可大规模制备。界面层的设置有效平衡了电子和空穴的注入，制备得到的量子点发光二极管的发光效率有明显改善。
附图说明
图1为本发明实施例1所用界面材料BCPO的结构示意图；
图2为本发明实施例1制备的发光二极管器件结构示意图；
图3为本发明实施例1制备的发光二极管的电致发光图谱；
图4为本发明实施例1和对比例1制备的发光二极管的电流密度和亮度与驱动电压的关系图；
图5为本发明实施例1和对比例1制备的发光二极管的电流效率和外量子效率与电流密度的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2所示，本发明是在ITO玻璃上旋涂PEDOT:PSS空穴注入层，然后旋涂空穴传输层以及金属卤化物钙钛矿量子点，通过溶液法或热蒸发沉积界面层，然后采用热蒸发沉积电子传输层和阴极，得到性能改善的CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
本发明的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，从量子点发光二极管的一侧到另一侧依次包括ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿量子点发光层、电子传输层和阴极，还包括界面层，界面层设置在钙钛矿量子点发光层和电子传输层之间，界面层为BCPO层或DPEPO层。双-4(N-咔唑基苯基)苯基氧化膦(简称BCPO)，二[2-((氧代)二苯基膦基)苯基]醚(简称DPEPO)。
优选的，空穴注入层为PEDOT:PSS层。(PEDOT:PSS)为聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)。
空穴传输层为PTAA、Poly-TPD、TFB、PVK、NPB、TCTA、TAPC和CBP中一种或多种的混合物。其中，聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](简称PTAA)，N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(简称Poly-TPD)，聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(4,4'-(N-(4-正丁基)苯基)-二苯胺)](简称TFB)，聚(9-乙烯基咔唑)(简称PVK)。
钙钛矿量子点发光层为APbX3钙钛矿纳米晶，其中，A为FA、MA和Cs的一种或多种混合阳离子，X为Cl、Br和I中的一种或多种混合阴离子。电子传输层为TPBi层、PBD层或Bphen层。
阴极为LiF/Al电极、Liq/Al电极或Ag电极。优选的，各层的厚度分别为：空穴注入层的厚度为30-60nm，空穴传输层的厚度为20-50nm，钙钛矿量子点发光层的厚度为30-40nm，界面层的厚度为5-20nm，电子传输层的厚度为30-50nm，阴极的厚度为80-110nm。
本发明的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管成本低，且量子点可大规模制备，界面层的设置有效平衡了电子和空穴的注入，从而提高了钙钛矿量子点发光二极管的发光性能。
本发明还公开了一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
一、在ITO玻璃表面旋涂沉积(DEDOT:PSS)溶液并进行热处理，得到空穴注入层；步骤一中(DEDOT:PSS)溶液的浓度为1.3～1.7wt％，热处理温度为90-150℃，处理时间为10-30分钟；
二、在步骤一得到的空穴注入层的表面沉积PTAA、Poly-TPD、TFB、PVK、NPB、TCTA、TAPC和CBP中一种或多种的混合物并进行热处理，得到空穴传输层；步骤二中热处理的温度为50-80℃，处理时间为5-15分钟；
三、在步骤二得到的空穴传输层的表面旋涂APbX3量子点分散液并进行热处理得到钙钛矿量子点发光层，其中，A为FA、MA和Cs的一种或多种混合阳离子，X为Cl、Br和I中的一种或多种混合阴离子，APbX3量子点APbX3量子点分散液的溶剂为正辛烷；其中，优选的，步骤三中热处理的温度为50-80℃，处理时间为5-15分钟。APbX3量子点分散液在室温下制备得到。
四、在步骤三得到钙钛矿量子点发光层的表面热蒸发沉积或溶液旋涂BCPO或DPEPO，得到界面层；
五、在步骤四得到的界面层的表面热蒸发沉积TPBi、PBD或Bphen作为电子传输层；
六、在步骤五的电子传输层的表面热蒸发沉积阴极，得到量子点发光二极管。
本发明的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，制备工艺简单，成本低，且量子点可大规模制备。界面层的设置有效平衡了电子和空穴的注入，制备得到的量子点发光二极管的发光效率有明显改善。
实施例1
本实施例所述基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，在清洗好的ITO玻璃上旋涂PEDOT:PSS溶液，转速为3000r/min，在140℃下退火处理15min；
步骤2，旋涂PTAA溶液，转速为3000r/min，在120℃下退火处理20min；
步骤3，旋涂室温制备的CsPbBr3量子点分散液，转速为2000r/min，在60℃退火处理10min；CsPbBr3量子点分散液在室温下制备得到；
步骤4，通过热蒸发沉积BCPO，沉积厚度为10nm；
步骤5，通过热蒸发法沉积TPBi，沉积厚度为40nm；
步骤6，通过热蒸发法采用掩膜板沉积Liq/Al电极，厚度为2/100nm，制得室温CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管，其结构示意图见图2，其发光二极管发光图谱见图3。
对比例1
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤4省去，其他条件保持一致，制得CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。其与实施例1的电流密度和亮度与驱动电压的关系图见图4，电流效率和外量子效率与电流密度的关系图见图5。
实施例2
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤2中的PTAA改为Poly-TPD、TFB和PVK中的任何一种，其他条件保持一致，制得CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
实施例3
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤3中的CsPbBr3改为FAxCs1-xPbBr3(x的取值范围为0～1)，其他条件保持一致，制得FAxCs1-xPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
实施例4
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤3中的CsPbBr3改为MAxCs1-xPbBr3(x的取值范围为0～1)，其他条件保持一致，制得MAxCs1-xPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
实施例5
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤4中的BCPO改为DPEPO，其他条件保持一致，制得CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
实施例6
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤4中的热蒸发沉积BCPO改为溶液旋涂，其他条件保持一致，制得CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
实施例7
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤5中的TPBi改为PBD，其他条件保持一致，制得CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。
实施例8
与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤6中的Liq/Al电极改为LiF/Al和Ag中的任何一种，厚度为1/100nm(LiF/Al)和100nm(Ag)，其他条件保持一致，制得CsPbBr3钙钛矿量子点发光二极管。

Claims (9)

1.一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，从所述量子点发光二极管的一侧到另一侧依次包括ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、钙钛矿量子点发光层、电子传输层和阴极，其特征在于，还包括界面层，所述界面层设置在所述钙钛矿量子点发光层和电子传输层之间，所述界面层为BCPO层或DPEPO层，所述空穴注入层的厚度为30-60nm，所述空穴传输层的厚度为20-50nm，所述钙钛矿量子点发光层的厚度为30-40nm，所述界面层的厚度为5-20nm，所述电子传输层的厚度为30-50nm，所述阴极的厚度为80-110nm。
2.如权利要求1所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴注入层为PEDOT: PSS层。
3.如权利要求1所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层为PTAA、Poly-TPD、TFB、PVK、NPB、TCTA、TAPC和CBP中一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿量子点发光层为APbX3钙钛矿纳米晶，其中，A为FA、MA和Cs的一种或多种混合阳离子，X为Cl、Br和I中的一种或多种混合阴离子。
5.如权利要求1所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，其特征在于，所述电子传输层为TPBi层、PBD层或Bphen层。
6.如权利要求1所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管，其特征在于，所述阴极为LiF/Al电极、Liq/Al电极或Ag电极。
7.一种基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在ITO玻璃表面旋涂沉积（DEDOT: PSS）溶液并进行热处理，得到空穴注入层；
二、在步骤一得到的空穴注入层的表面沉积PTAA、Poly-TPD、TFB、PVK、NPB、TCTA、TAPC和CBP中一种或多种的混合物并进行热处理，得到空穴传输层；
三、在步骤二得到的空穴传输层的表面旋涂APbX3量子点分散液并进行热处理得到钙钛矿量子点发光层，其中，A为FA、MA和Cs的一种或多种混合阳离子，X为Cl、Br和I中的一种或多种混合阴离子，APbX3量子点APbX3量子点分散液的溶剂为正辛烷；
四、在步骤三得到钙钛矿量子点发光层的表面热蒸发沉积或溶液旋涂BCPO或DPEPO，得到界面层；
五、在步骤四得到的界面层的表面热蒸发沉积TPBi、PBD或Bphen作为电子传输层；
六、在步骤五的电子传输层的表面热蒸发沉积阴极，得到量子点发光二极管。
8.如权利要求7所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤一中（DEDOT: PSS）溶液的浓度为1.3~1.7 wt%，热处理温度为90-150℃，处理时间为10-30分钟；步骤二中热处理的温度为50-80℃，处理时间为5-15分钟；步骤三中热处理的温度为50-80℃，处理时间为5-15分钟。
9.如权利要求7所述的基于室温钙钛矿材料的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤三中APbX3量子点分散液在室温下制备得到。
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