CN109524515A - 一种基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于GaN/CsPbBrxI3‑x异质结的光响应型LED及其制备方法和应用。本发明的光响应型LED由蓝宝石氮化镓基片、全无机钙钛矿CsPbBrxI3‑x薄膜、铟电极、碳电极组成，是一种In/GaN/CsPbBrxI3‑x/C结构，其中：CsPbBrxI3‑x薄膜中0<x<3；CsPbBrxI3‑x薄膜层设置在氮化镓层上，同时并列设置铟电极，CsPbBrxI3‑x薄膜层上设置碳电极。本发明CsPbBrxI3‑x薄膜是采用采用低温反溶剂法制得，制得的LED器件可实现自供电可见探测与可见发光的集成，可作为发射端或接收端应用在可见光无线通信中，解决可见光无线通信技术中反向通信的难题。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，涉及一种光通信LED制备技术和应用，更具体地说，本发明涉及一种基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED及其制备方法和应用。
背景技术
可见光无线通信又称“光保真技术”，英文名Light Fidelity(简称LiFi)是一种利用可见光波谱(如灯泡发出的光)进行数据传输的全新无线传输技术，由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、物理学家Harald Hass教授发明。以其高速率性、无电磁辐射、密度高，成本低、频谱丰富、高保密性等优势被视为继WiFi后的下一代无线通讯技术而备受关注。
目前LiFi技术存在一个亟待解决的难题——反向通信。将信号源向手机通讯定义为正向通讯，那么手机向信号源通讯便是反向通讯。现状是正向通讯易于解决，LED灯泡作为信号源，只需手机上添加一个光电探测器作为接收端，便能轻松实现正向通讯。但是，目前通用的光电探测器不具备发光特性，LED灯泡不具备光探测能力，反向通讯便无法实现。从LED灯泡发射信号到手机上的光电探测器接收只解决了问题的一半，如何从手机发信号回去才能保证通信链路畅通。换句话说，如果反向通信无法得到有效的解决，那么手机等终端设备，只能下载数据，而无法上传数据，无疑是制约了LiFi技术的发展，因此，开发出一种具有光探测和电致发光双功能器件使LiFi技术实现正反双向通信成为该领域研发人员亟待解决的技术问题。
2017年，oh等在Science上报道了光电探测器和发光二极管双功能集成器件[1]，报道中展示了该双功能器件的巨大的应用前景，特别是在屏幕亮度调控、信息交流等领域的应用。自此，双功能器件开始引起了研究人员的兴趣。此外，近年来卤族钙钛矿在光电领域中大放异彩，被广泛应用于太阳能电池、光电探测器、发光二极管中[2-4]。其中，全无机钙钛矿CsPbBr3以其超高的稳定性，克服了有机-无机杂化钙钛矿在大气环境中不宜保存、受热易分解等短板，被广泛应用于发光二极管或光电探测器中[5,6]。因此，将全无机钙钛矿CsPbBr3应用于双功能集成器件上，可能制备出高性能的器件。
目前，CsPbBr3多以三维多晶薄膜、二维纳米片、零维量子点等形式应用于发光二极管充当发光层[7-9]。但是，二维纳米片、零维量子点具备超强的量子限制作用，不利于激子分离实现光探测；目前报道的CsPbBr3三维多晶薄膜均存在厚度极薄、不连续等问题。为解决上述难题，本发明致力于研究三维多晶薄膜及其光电探测器和发光双功能器件的设计制备新方法，并应用于可见光无线通信。
【参考文献】
[1]Oh N,Kim BH,Cho S-Y,et al.Science.2017；355:616-9.
[2]Shen L,Fang Y,Wang D,et al.Advanced Materials.2016；28:10794-800.
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[5]Zhang X,Xu B,Zhang J,et al.Advanced Functional Materials.2016；26:4595-600.
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[8]Byun J,Cho H,Wolf C,et al.Advanced Materials.2016；28:7515.
[9]Cho H,Jeong SH,Park MH,et al.Science.2015；350:1222.
发明内容
针对背景技术中所指出的问题，本发明的目的在于提供一种基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED及其制备方法和应用。本发明设计的光响应LED在光探测和电致发光两个方面均表现出优异的性能，因此，本发明的光响应LED既能够用作发射端，也能够作为接收端，为LiFi技术实现正反双向通信提供了一种有效的解决方案。
为了实现本发明的上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED，它是由蓝宝石氮化镓基片、全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜、铟电极、碳电极组成，是一种In/GaN/CsPbBrxI3-x/C结构，其中：CsPbBrxI3-x薄膜中0<x<3；所述全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜层设置在氮化镓层上，同时并列设置铟电极，全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜层上设置碳电极。
进一步，上述技术方案，所述全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜的厚度优选为100～300nm，更优选为200nm。
进一步，上述技术方案，所述GaN的厚度优选为2～6μm，更优选为4μm。
本发明的第二个目的在于提供上述所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取GaN基片并清洗：
选取蓝宝石作为衬底的GaN基片，超声清洗，然后用紫外臭氧处理，得到预处理GaN基片；
(2)制备In底电极：
将熔化的金属In，均匀地涂布在步骤(1)预处理后的GaN基片一侧，冷却至室温，得到金属In底电极；
(3)反溶剂辅助生成全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x多晶薄膜：
按配比将全无机钙钛矿CsPbBr3粉体与CsPbI3粉体依次溶解在DMSO中，静置1～3h后使用滤网过滤得到无色透明溶液；随后，吸取少量透明溶液均匀滴加在GaN基片另一侧，将基片置于匀胶机上，使用转速3000～5000rpm运行40～80s，同时在运行15～30s后，将反溶剂滴加在基片上，最后将样品置于惰性氛围中在80～120℃退火5～15min，获得全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x多晶薄膜。
(4)制备碳顶电极
使用掩膜版，将碳浆料刮涂至步骤(3)所得CsPbBrxI3-x薄膜上；最后，将样品置于Ar氛围中退火处理，去除碳浆料中的溶剂；
(5)检测
检测完成后，即为制作成的一个完整LED器件。
进一步，上述技术方案，步骤(3)所述CsPbBr3粉体与CsPbI3粉体的质量比优选为1：0，1：1，1：3，0：1。
进一步，上述技术方案，步骤(3)所述反溶剂为乙醚、乙酸乙酯或甲苯中的任一种，优选使用甲苯。
进一步，上述技术方案，步骤(3)所述静置时间优选为2h，所述滤网孔径优选为0.22um。
进一步，上述技术方案，步骤(3)所述匀胶机的转速优选为4000rpm，运行时间优选为60s，滴加反溶剂甲苯的时间优选在运行25s后。
进一步，上述技术方案，步骤(3)所述退火温度优选为100℃，退火时间优选为10min，采用的惰性气体优选为Ar气。
进一步地，上述技术方案，步骤(3)所述的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体优选采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
将PbBr2溶解在适量HBr中，加热搅拌至充分溶解，制得溶液A；将CsBr溶解在适量去离子水中，加热搅拌至充分溶解，制得溶液B；然后将溶液B快速注入溶液A中，搅拌至其充分反应，得到黄色粉体沉淀；然后，利用甲醇或乙醇清洗所得沉淀，再经抽滤后将所述粉体在惰性氛围中60～80℃条件下退火20～40min，去除甲醇或乙醇残留，得到所述的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体。
优选地，上述技术方案中所述的PbBr2与CsBr的摩尔比为1：2。
本发明的第三个目的在于提供上述基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的应用，可作为发射端或接收端应用在可见光无线通信中。
一种无线通信系统，包括光信号发射端、光信号接收端，所述光信号发射端和/或接收端为本发明上述所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果具体如下：
(1)本发明采用溶液低温法，并利用反溶剂甲苯低沸点的特性，有效去除DMSO，获得了高品质的全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x多晶薄膜。
(2)本发明以金属In作底电极，n-GaN作电子传输层，i型全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x作活性层，碳电极作顶电极，构建出了基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED；本发明构建的GaN/全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x异质结，可实现自供电可见探测与可见发光的集成，在无外加偏压时，利用异质结的光伏特性，激子在全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x中分离，实现波长范围在350nm～550nm的光探测；在正向偏压下，激子在全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x复合，发射出超纯的绿光。因此，利用本器件的双功能特性，可解决可见光无线通信技术(LiFi技术)中反向通信的难题。
(3)本发明使用C电极，免去了昂贵的空穴传输层材料的使用，减小了器件的成本；
(4)本发明利用GaN超高的化学稳定性，使用后的LED器件可以回收，经过简单的处理后，GaN便可再次重复利用，符合经济可再生的发展趋势。
附图说明
图1为本发明实施例1～3制备得到的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体的XRD谱图；
图2为本发明实施例5～8中不同种类和计量的反溶剂辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3多晶薄膜的SEM表面形貌图；
图3为本发明实施例9中制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的结构示意图；
图4为本发明实施例9中制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的光电响应I-V特征曲线图；
图5为本发明实施例9中制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的光电响应I-T特征曲线；
图6为本发明实施例9中制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的电致发光I-V特征曲线图；
图7为本发明实施例9中制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的电致发光的光学谱线图；
图8为本发明实施例9中制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的电致发光的CIE色域图。
图9中(a)、(b)、(c)、(d)分别为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的光电响应特性图。
图10为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的在不同波长条件下的归一化吸收曲线对比图；
图11为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的在不同波长条件下的归一化器件响应度曲线对比图；
图12为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的发光特性对比图；
图13为本发明应用实施例1中可见光通讯器件的实物图；
图14为本发明应用实施例1中可见光通讯传输字符的实物图；
图15为本发明应用实施例2中可见光通讯系统的电路图；
图16中(a)为应用实施例2中单片机输出的调制信号图；(b)为应用实施例2中示波器经光通讯系统传输后接收到的信号图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细地说明。以下实施例仅是本发明较佳的实施例，并非是对本发明做其他形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
本发明基于背景技术中提及的相关理论、现有技术和相关材料特性，我们发现，一般制备方法获得的CsPbBr3多晶薄膜厚度较薄，多在100nm以下，不利于光的有效吸收，主要是由于CsX(Cl、Br、I)在溶剂DMF、DMSO中溶解度极低造成的。Zhanhua Wei等报道将制备出的CsPbBr3粉末溶解在DMSO中，提高溶解度的解决方案。考虑到DMSO的沸点高(189℃)的特点，低温(100℃)制备时，DMSO无法有效去除，致使薄膜容易出现二次相，降低薄膜的品质。于是，我们提出使用反溶剂辅助合成的方案，有效地祛除残留的DMSO溶剂，获得了高品质的多晶薄膜。
下述实施例中涉及形貌和晶体结构测试分别采用的是场致发射扫描电子显微镜(SEM)(JSM-7100F)和X射线衍射(XRD)(Bruker D8Advance CuKa radiation)。器件的光电性能采用安捷伦B1500a测试。器件的电致发光谱线采用Princeton Instruments ActonSP2500测得。这些测试分析结果分别列于附图中。
下述实施例1～3合成全无机钙钛矿CsPbBr3粉体时，为抑制类钙钛矿CsPb2Br5的生成需要加入过量的CsBr。
实施例1全无机钙钛矿CsPbBr3粉体的合成(CsBr与PbBr2的摩尔比为2:1)
本实施例的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体，采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
将10mmol PbBr2溶解在30ml HBr中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液A1；将20mmol CsBr溶解在10ml去离子水中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液B1；然后将溶液B1快速注入溶液A1中，搅拌1min至其充分反应，可以观察到黄色粉体沉淀烧杯底部；然后，利用甲醇清洗所得沉淀，再经抽滤后获得纯净的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体；最后将所述粉体在惰性氛围中70℃条件下退火30min，去除甲醇残留，得到干燥的i型全无机钙钛矿CsPbBr3粉体。
实施例2全无机钙钛矿CsPbBr3粉体的合成(CsBr与PbBr2的摩尔比为4:3)
本实施例的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体，采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
将15mmol PbBr2溶解在30ml HBr中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液A2；将20mmol CsBr溶解在10ml去离子水中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液B2；然后将溶液B2快速注入溶液A2中，搅拌1min至其充分反应，可以观察到黄色粉体沉淀烧杯底部；然后，利用甲醇清洗所得沉淀，再经抽滤后获得纯净的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体；最后将所述粉体在惰性氛围中60℃条件下退火40min，去除甲醇残留，得到干燥的i型全无机钙钛矿CsPbBr3粉体。
实施例3全无机钙钛矿CsPbBr3粉体的合成(CsBr与PbBr2的摩尔比为1:1)
本实施例的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体，采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
将20mmol PbBr2溶解在30ml HBr中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液A3；将20mmol CsBr溶解在10ml去离子水中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液B3；然后将溶液B3快速注入溶液A3中，搅拌1min至其充分反应，可以观察到黄色粉体沉淀烧杯底部；然后，利用甲醇清洗所得沉淀，再经抽滤后获得纯净的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体；最后将所述粉体在惰性氛围中80℃条件下退火20min，去除甲醇残留，得到干燥的i型全无机钙钛矿CsPbBr3粉体。
上述实施例1～3中CsBr与PbBr2的摩尔比分别为2:1、4:3、1:1。将实施例1～3不同配比条件下得到的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体进行XRD表征分析，结果如图1所示。由图1可以看出，实施例1合成的无机钙钛矿CsPbBr3为纯相，粉体质量最佳，没有发现类钙钛矿CsPb2Br5杂质的存在。
实施例4全无机钙钛矿CsPbI3粉体的合成(CsI与PbI2的摩尔比为1:1)
将20mmol PbI2溶解在30ml HI中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液A4；将20mmol CsI溶解在10ml去离子水中，50℃搅拌10min至充分溶解，制得溶液B4；然后将溶液B4快速注入溶液A4中，搅拌1min至其充分反应，可以观察到黄色粉体沉淀烧杯底部；然后，利用甲醇清洗所得沉淀，再经抽滤后获得纯净的全无机钙钛矿CsPbI3粉体；最后将所述粉体在惰性氛围中70℃条件下退火30min，去除甲醇残留，得到干燥的i型全无机钙钛矿CsPbI3粉体。
实施例5 300μl乙醚作为反溶剂辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3
(1)将透明玻璃分别用去离子水、丙酮、酒精各超声15min，然后用紫外臭氧环境处理30min。
(2)全无机钙钛矿CsPbBr3多晶薄膜制备：将实施例1制备成功的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体，溶解在DMSO中。在静置2h后，使用孔径为0.22u的滤网过滤得到无色透明溶液。之后，吸取少量透明溶液均匀滴加在GaN基片上，使用转速4000rpm运行60s。
(3)在多晶薄膜制备的过程中滴加反溶剂：在运行25s后，将300μl乙醚滴加到旋转的GaN基片上。
(4)退火：将样品置于Ar氛围中使用100℃退火10min，提高全无机钙钛矿CsPbBr3薄膜的结晶性。
(5)检测：将得到的多晶薄膜样品进行SEM表征分析，测试分析结果如图2所示。
实施例6乙醚在其他用量条件下辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3
本实施例合成全无机钙钛矿CsPbBr3的方法与实施例4基本相同，区别仅在于：本实施例步骤(3)分别采用500μl、700μl、900μl乙醚作为反溶剂分别辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3。
实施例7乙酸乙酯作为反溶剂辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3
本实施例合成全无机钙钛矿CsPbBr3的方法与实施例4基本相同，区别仅在于：本实施例步骤(3)分别采用300μl、500μl、700μl、900μl乙酸乙酯作为反溶剂分别辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3。
实施例8甲苯作为反溶剂辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3
本实施例合成全无机钙钛矿CsPbBr3的方法与实施例4基本相同，区别仅在于：本实施例步骤(3)分别采用300μl、500μl、700μl、900μl甲苯作为反溶剂分别辅助合成全无机钙钛矿CsPbBr3。
将实施例5～8得到的全无机钙钛矿CsPbBr3多晶薄膜样品进行SEM表征分析，测试分析结果如图2所示。从图2可以看出，滴加500μl、700μl甲苯所得到的多晶薄膜质量较好，孔洞少。
反溶剂可以减小钙钛矿在DMSO中的饱和度，加速钙钛矿薄膜的同质成核。需要注意的是反溶剂的作用仅仅是减小，而不是消除。因此，反溶剂的种类和用量显得尤为重要。当用量过少时，加速效果不够明显(如100uL)；当用量过多时(如900uL)，反溶剂会带走溶剂DMSO，使溶液过饱和，出现多出成核位点，此时的薄膜效果再次变差。因此，存在一个最佳量。
本发明在成功完成制备优质全无机钙钛矿CsPbBr3薄膜的基础之上，我们将该薄膜应用于光电器件上，利用碳电极具备传导空穴的能力，我们设计出n-GaN单晶为电子传输层，CsPbBr3薄膜为活性层，而免空穴传输层的光电器件。当无外加偏压时，由于GaN和CsPbBr3的费米能级位置不同，接触后存在电荷转移而形成结势垒。并且全无机钙钛矿CsPbBr3自身的激子结合能较小，有利于激子的分离形成光电流，在无外加偏压下便能实现光探测。由于GaN和CsPbBr3的晶格常数不同以及应力的作用，能带将在在界面处间断，并在CsPbBr3一侧出现峡谷，在GaN一侧出现尖峰。在峡谷处将会聚积大量电子，施加正向偏压时，从正极注入的空穴，将在峡谷处与电子复合发光。因此，可以成功地在一个器件上实现绿光LED和可见光探测双功能集成。
实施例9基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的制备：
(1)清洗GaN基片：GaN基片分别用去离子水、丙酮、酒精各超声15min，然后用紫外臭氧环境处理30min。
(2)制备In底电极：用电烙铁将In颗粒融化，均匀地涂布在GaN基片一侧；在室温下，冷却便可得到金属In底电极。
(3)反溶剂辅助生成全无机钙钛矿CsPbBr3多晶薄膜：将0.48g实施例1事先制备成功的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体，溶解在2.2g DMSO中；在静置2h后，使用孔径为0.22u的滤网过滤得到无色透明溶液；之后，吸取少量透明溶液均匀滴加在GaN基片上，使用转速4000rpm运行60s。需要强调的是在运行25s后，将500μl反溶剂甲苯滴加GaN基片上。最后，将样品置于Ar氛围中使用100℃退火10min，提高全无机钙钛矿CsPbBr3薄膜的结晶性。
(4)制备C顶电极。碳浆料购自广州东道来公司，购后并未进行其它处理。使用面积为0.04cm2的掩膜版，将碳浆料刮涂至样品上。最后，将样品置于Ar氛围中使用100℃退火30min，去除碳浆料中的溶剂。
(5)检测。
至此，即可制作成一个完整的光响应LED器件。
实施例9制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED的结构如图3所示。
图4为实施例9制得的光响应型LED的光电响应I-V特征曲线图。由图4可以看出，对比暗态和加光情况下，器件的伏安特性曲线，发现在0v偏压(无外加偏压)下，电流差值较大，说明其具备自供电探测的能力。
图5为实施例9制得的光响应型LED的光电响应I-T特征曲线。由图5可以看出，周期性的加光和撤光，发现器件的电流周期性的增大和减小，说此器件能够稳定工作。
图6为实施例9制得的光响应型LED的电致发光I-V特征曲线图。由图6可以看出，良好的整流特性，此器件属于二极管，其中插图是光响应型LED器件发光的实物图。
图7为实施例9制得的光响应型LED的电致发光的光学谱线图。由图7可以看出，器件发光集中在绿光波段。
图8为本发明实施例9制得的光响应型LED的电致发光的CIE色域图。由图7可以看出，其为纯正的绿光。
实施例10基于GaN/CsPbBr1.5I1.5异质结的光响应型LED的制备：
本实施例制备光响应型LED的方法与实施例9基本相同，区别仅在于：步骤(3)中采用全无机钙钛矿CsPbBr3粉体、CsPbI3粉体(CsPbBr3与CsPbI3质量比为1：1)为原料，制备CsPbBr1.5I1.5多晶薄膜。
实施例11基于GaN/CsPbBr0.75I2.25异质结的光响应型LED的制备：
本实施例制备光响应型LED的方法与实施例9基本相同，区别仅在于：步骤(3)中采用全无机钙钛矿CsPbBr3粉体、CsPbI3粉体(CsPbBr3与CsPbI3质量比为1：3)为原料，制备CsPbBr0.75I2.25多晶薄膜。
实施例12基于GaN/CsPbI3异质结的光响应型LED的制备：
本实施例制备光响应型LED的方法与实施例9基本相同，区别仅在于：步骤(3)中采用全无机钙钛矿CsPbI3粉体为原料，制备CsPbI3多晶薄膜。
图9中(a)、(b)、(c)、(d)分别为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的光电响应特性图。对比图9中加光和暗态下器件的电流，我们可以发现在零伏和负向偏压下光暗电流成数量级的区别。由此可以说明基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的器件均能进光探测。
图10为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的在不同波长条件下的归一化光吸收曲线对比图。图11为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的在不同波长条件下的归一化器件光响应曲线对比图；图12为本发明实施例9～12制得的光响应型LED器件的发光特性对比图。由图10可以进一步证实我们这些器件均可以进行光探测，说明改变卤素的比例是一种有效的控制探测波长的方式。此后，为了证实这种手段对于发光同样有效，我们测试了对应器件的电致发光特性，得到图12，从图12中可以发现当碘的含量增加时，器件更加趋向于发射红光。总之，由这些图可以成功的证实从绿光波段到红光波段内，我们有能力控制器件的发光及探测波长。
应用实施例1
证实实施例9制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED可作为可见光通讯中的接收端。
为了搭建可见光通讯系统，使用商用蓝光LED作为发射端，基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED可作为接收端。利用LED发射蓝光，我们器件接收到的信号，定义为1；反之，当LED不发射蓝光时，定位为0。最终实现，“湖北大学hello world！”字符的传输。图13为本应用实施例中可见光通讯器件的实物图；图14为本应用实施例中可见光通讯传输字符的实物图。
应用实施例2
证实施例9制得的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED可作为可见光通讯中的发射端。
在本例中我们搭建简易的可见光通讯系统(如图15所示)。我们使用稳压源作为电源对我们制备的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED进行供电，使用单片机对电压进行调制，使得输入的电信号变为50ms高电平-50ms低电平-100ms高电平-100ms低电平-150ms高电平-150ms低电平的周期信号。由此，可使得LED发射的光也变为调制信号。之后，使用标准硅探测器作为接收端，并使用示波器对标准硅探测器输出的信号进行表征。最终，对比输入信号和输出信号，我们发现两种信号基本一致(如图16所示)，由此可以证实我们的基于GaN/CsPbBr3异质结的光响应型LED可作为可见光通讯中的发射端。
Claims (10)
1.一种基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED，其特征在于：它是由蓝宝石氮化镓基片、全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜、铟电极、碳电极组成，是一种In/GaN/CsPbBrxI3-x/C结构，其中：CsPbBrxI3-x薄膜中0<x<3；所述全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜层设置在氮化镓层上，同时并列设置铟电极，全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜层上设置碳电极。
2.根据权利要求1所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED，其特征在于：所述全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x薄膜的厚度优选为100～300nm。
3.根据权利要求1所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED，其特征在于：所述GaN的厚度优选为2～6μm。
4.权利要求1～3任一项所述基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)选取GaN基片并清洗：
选取蓝宝石作为衬底的GaN基片，超声清洗，然后用紫外臭氧处理，得到预处理GaN基片；
(2)制备In底电极：
将熔化的金属In，均匀地涂布在步骤(1)预处理后的GaN基片一侧，冷却至室温，得到金属In底电极；
(3)反溶剂辅助生成全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x多晶薄膜：
按配比将全无机钙钛矿CsPbBr3粉体与CsPbI3粉体依次溶解在DMSO中，静置1～3h后使用滤网过滤得到无色透明溶液；随后，吸取少量透明溶液均匀滴加在GaN基片另一侧，将基片置于匀胶机上，使用转速3000～5000rpm运行40～80s，同时在运行15～30s后，将反溶剂滴加在基片上，最后将样品置于惰性氛围中在80～120℃退火5～15min，获得全无机钙钛矿CsPbBrxI3-x多晶薄膜。
(4)制备碳顶电极
使用掩膜版，将碳浆料刮涂至步骤(3)所得CsPbBrxI3-x薄膜上；最后，将样品置于Ar氛围中退火处理，去除碳浆料中的溶剂；
(5)检测
检测完成后，即为制作成的一个完整LED器件。
5.根据权利要求4所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述CsPbBr3粉体与CsPbI3粉体的质量比优选为1：0，1：1，1：3，0：1。
6.根据权利要求4所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述反溶剂为乙醚、乙酸乙酯或甲苯中的任一种。
7.根据权利要求4所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体优选采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
将PbBr2溶解在适量HBr中，加热搅拌至充分溶解，制得溶液A；将CsBr溶解在适量去离子水中，加热搅拌至充分溶解，制得溶液B；然后将溶液B快速注入溶液A中，搅拌至其充分反应，得到黄色粉体沉淀；然后，利用甲醇或乙醇清洗所得沉淀，再经抽滤后将所述粉体在惰性氛围中60～80℃条件下退火20～40min，去除甲醇或乙醇残留，得到所述的全无机钙钛矿CsPbBr3粉体。
8.根据权利要求7所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED的制备方法，其特征在于：所述的PbBr2与CsBr的摩尔比为1：2。
9.权利要求1～3任一项所述基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED或权利要求4～8任一项方法制得的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED在可见光无线通信中的应用。
10.一种无线通信系统，其特征在于：包括光信号发射端、光信号接收端，所述光信号发射端和/或接收端包括权利要求1～3任一项所述的基于GaN/CsPbBrxI3-x异质结的光响应型LED。
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