CN110600626A - 一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于发光器件技术领域，涉及一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件及其制备方法。一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件，包括：依次设置的印刷线路板、负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层、正极和玻璃封装层，印刷线路板上预留有发光区域，在发光区域上制备有负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层和正极，发光区域四周包覆有绝缘保护层和紫外固化胶层，玻璃封装层与印刷线路板正极连接。本发明的发光器件采用印刷线路板作为钙钛矿电致发光器件的衬底，节约了生产成本，具有生产成本低的特点。本发明的发光器件将器件的制备过程和安装过程合二为一，减少了生产环节，提高了生产效率。

Description

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件及其制备方法

技术领域

本发明属于发光器件技术领域，涉及一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件及其制备方法。

背景技术

自2014年Richard H.Friend课题组首次报道了有机无机杂化的钙钛矿电致发光二极管(perovskite light emitting diodes，PeLED)以来，钙钛矿LED在亮度、发光效率和稳定性等方面的研究取得了多突破性的进展，其中绿色钙钛矿由于其自身具有较好的结构稳定性被广泛研究。随着研究的深入，具有高亮度、高效率的蓝光钙钛矿LED和白光钙钛矿LED也相继问世。五年内，钙钛矿LED的外量子效率(external quantum efficiency，EQE)由最初的0.1％提升至20％，发光效率更是达到了惊人的69lm/W，接近商用硅基LED的水平。以上研究表明，钙钛矿LED在光电器件领域具有极佳的应用前景。

与OLED类似，钙钛矿LED器件具有层层叠加的“三明治结构”，从上到下依次为负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层、正极，其中负极材料多为不透光的高功函数金属材料(铝、银、金等)，因而绝大部分钙钛矿器件具有单面出光的特点。通常，研究人员在正极一侧采用透明导电玻璃基板与透明传输材料的组合来同时获得良好的电荷传输能力和透光率要求。然而，采用透明导电玻璃作为基底所制备的钙钛矿LED器件，难以与其他电子元件配合使用，不利于钙钛矿LED器件的规模化生产。

发明内容

为了降低生产成本，提高生产效率，降低钙钛矿LED器件与其他电子元件的集成难度，本发明提供一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件，采用印刷线路板作为钙钛矿LED的衬底，直接在印刷线路板上制备钙钛矿LED器件。

本发明还提供一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件制备方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件，包括：依次设置的印刷线路板、负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层、正极和玻璃封装层，印刷线路板上预留有发光区域，在发光区域上制备有负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层和正极，发光区域四周包覆有绝缘保护层和紫外固化胶层，玻璃封装层与印刷线路板正极连接。

优选地，所述负极材料包括Al、LiF\Al、Ag、LiF\Ag、碳纳米管的一种或多种，负极厚度为100nm-1μm。

优选地，所述电子传输层材料包括纳米氧化锌、镁掺杂纳米氧化锌的一种或多种，电子传输层的厚度为25nm-50nm。

优选地，所述钙钛矿发光层材料包括MAPbBr3、CsPbBr3、FAPbBr3的一种或采用上述材料的不同比例的混合物，钙钛矿发光层厚度范围为50nm-3μm。

优选地，所述空穴传输材料包括PVK、PolyTPD、TAPC、TCTA、CuSCN和CuI中的一种或多种，空穴传输层厚度范围为25nm-50nm。

优选地，所述正极材料具有高透光率和高导电性，正极的厚度范围为100nm-400nm。

优选地，所述绝缘层的材料为绝缘胶带、绝缘漆、绝缘油墨的一种或多种，绝缘层的厚度为300nm-4.5μm，宽度范围为0.5cm-2cm。

优选地，所述基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件包括基于印刷线路板的钙钛矿电致发光绿光器件和基于印刷线路板的钙钛矿电致发光RGB器件。

优选地，所述基于印刷线路板的钙钛矿电致发光RGB器件在印刷线路板包括红色、绿色和蓝色三种钙钛矿LED，R、G、B的正极与印刷线路板正极连接，R、G、B的负极与印刷线路板负极连接。

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件制备方法，包括步骤：

印刷线路板的制备和表面处理：先用腐蚀方法制备印刷线路板的线路并预设发光区域，然后对印刷线路板进行超声清洗处理，再用紫外-臭氧光清洗或等离子体清洗的方式提高印刷线路板表面亲水性；

负极的制备：先将线路板转移至掩膜板中，用蒸镀法制备负极，其中掩膜板的开孔位置应与线路板预设的发光区域重合；

电子传输层的制备：用旋涂法或蒸镀法制备电子传输层；

钙钛矿发光层的制备：用旋涂法或印刷法制备钙钛矿发光层；

空穴传输层的制备：用旋涂法或蒸镀法制备空穴传输层；

正极的制备：首先在发光区域四周包覆一层绝缘层，再用蒸镀法或印刷法制备正极；

导电玻璃封装层的制备：首先在发光区域四周均匀涂覆紫外固化胶，然后盖上透明导电玻璃并抽真空压紧，透明导电玻璃与正极紧密接触，最后将透明导电玻璃与印刷线路板正极连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的发光器件采用印刷线路板作为钙钛矿电致发光器件的衬底，节约了生产成本，具有生产成本低的特点。

(2)本发明的发光器件将器件的制备过程和安装过程合二为一，减少了生产环节，提高了生产效率。

(3)本发明采用透明导电玻璃作为封装玻璃层，既提高了器件的工作稳定性，又有利于器件与线路板正极的导通。

附图说明

图1为本发明一个实施例中基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中原始线路板俯视示意图；

图3为本发明一个实施例中在发光区域四周粘贴绝缘胶带的俯视示意图；

图4为本发明一个实施例中用印刷法制备纳米银线正极的俯视示意图；

图5为本发明一个实施例中用紫外固化胶包裹发光区域四周的俯视示意图；

图6为本发明一个实施例中制备导电玻璃封装层的俯视示意图；

图7为本发明一个实施例中用焊锡连接ITO和正极的俯视示意图；

图8为本发明一个实施例中线路板钙钛矿RGB器件俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合图及实施例对本发明做进一步详细描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件，如图1所示，包括：依次设置的印刷线路板1、负极2、电子传输层3、钙钛矿发光层4、空穴传输层5、正极6和玻璃封装层7，印刷线路板上预留有发光区域，发光区域上制备有负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层和正极，发光区域四周包覆有绝缘保护层8和紫外固化胶层9，玻璃封装层与印刷线路板正极用焊锡10连接。

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件制备方法，包括步骤：

(1)印刷线路板的制备和表面处理：先用腐蚀方法制备印刷线路板的线路并预设发光区域，然后对印刷线路板进行超声清洗处理，再用紫外-臭氧光清洗或等离子体清洗的方式提高印刷线路板表面亲水性。

印刷线路板表面采用丙酮-异丙醇-无水乙醇进行超声清洗，甲苯、异丙醇和丙酮的超声清洗时间均为15-20min。

需要说明的是，发光区域是线路板上预留给钙钛矿LED的位置。发光区域上制备有：负极/电子传输层/钙钛矿发光层/空穴传输层/正极。

(2)负极的制备：先将线路板转移至掩膜板中，用蒸镀法制备负极，其中掩膜板的开孔位置应与线路板预设的发光区域重合。

负极材料包括Al、LiF\Al、Ag、LiF\Ag、碳纳米管的一种或多种。

负极厚度为100nm-1μm。

(3)电子传输层的制备：用旋涂法或蒸镀法制备电子传输层。

电子传输层材料包括纳米氧化锌(ZnO)、镁掺杂纳米氧化锌(ZnMgO)的一种或多种。

电子传输层的厚度在25nm-50nm。

(4)钙钛矿发光层的制备：用旋涂法或印刷法制备钙钛矿发光层。

钙钛矿发光层材料包括MAPbBr3、CsPbBr3、FAPbBr3的一种或多种，或是采用上述材料的不同比例的混合物。

钙钛矿发光层厚度范围为50nm-3μm。

(5)空穴传输层的制备：用旋涂法或蒸镀法制备空穴传输层。

空穴传输材料包括PVK(聚乙烯基咔唑)、PolyTPD(聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺])、TAPC(4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺])、TCTA(三氯硫代乙酸)、CuSCN(硫氰酸亚铜)和CuI(碘化亚铜)中的一种或多种。

空穴传输层厚度范围为25nm-50nm。

(6)正极的制备：先在发光区域四周包覆一层绝缘层，再用蒸镀法或印刷法制备正极，正极区域的边缘不超过绝缘层的边缘，确保正极和负极不短接。

正极材料应具有高透光率和高导电性，包括ITO、石墨烯、纳米银线的一种或多种。

正极的厚度范围为100nm-400nm。

绝缘层的材料为绝缘胶带、绝缘漆、绝缘油墨的一种或多种。绝缘层的厚度为300nm-4.5μm，宽度范围为0.5cm-2cm。

绝缘层应包围整个发光区域，且在制备正极时应起到围坝作用。

(7)导电玻璃封装层的制备

首先在发光区域四周均匀涂覆紫外固化胶，然后盖上透明导电玻璃并抽真空压紧，使得发光区域与水氧隔绝，且透明导电玻璃与正极紧密接触，最后用焊锡连接透明导电玻璃与印刷线路板正极。

紫外固化胶应具有常温固化的特点，包括乐泰3492、乐泰3493、Panacol7652、Panacol5134的一种或多种。

透明导电玻璃应在1×10²-1×10³MPa的压力下压紧30s-2min，确保紫外固化胶与透明导电玻璃的紧密结合。

本发明的基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件，包括基于印刷线路板的钙钛矿电致发光绿光器件和基于印刷线路板的钙钛矿电致发光RGB器件，下面分别对这两种器件的制备方法进行说明。

实施例1

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光绿光器件制备方法，包括以下步骤：

(1)线路板的制备和表面处理：先用腐蚀方法制备线路板的线路并预设发光区域，如图2所示。再对线路板依次采用下述溶液和清洗时间进行超声清洗处理：丙酮(15min)-异丙醇(15min)-无水乙醇(15min)，最后将线路板转移至紫外-臭氧光清洗机中清洗15min，提高表面亲水性。

(2)负极的制备：先将线路板转移至掩膜板中，用蒸镀法制备铝电极(负极)，电极厚度为100nm。其中掩膜板的开孔位置应与线路板预设的发光区域重合。

(3)电子传输层的制备：称量40mg的直径为3.7nm的纳米氧化锌颗粒，溶于2ml的无水乙醇中，制备20mg/ml的ZnO-乙醇溶液，然后将纳米氧化锌溶液旋涂在铝电极表面，旋涂参数为3000rpm/s，最后将线路板在60℃下退火10min。

(4)钙钛矿发光层的制备：称量0.1246g的溴化钾铵和0.3714g的溴化铅，溶解于含有1.4ml的二甲基甲酰胺和0.6ml的二甲基亚砜的混合溶液中，获得质量分数为20％的MAPbBr₃型钙钛矿前驱体溶液，然后将前驱体溶液动态旋涂于ZnO层(电子传输层)之上，旋涂参数为3000rpm/s旋涂60s，最后将衬底转移至加热台上，60℃退火10min。

(5)空穴传输层的制备：称量20mg的POLY-TPD，溶解于2ml的氯仿中，制备出10mg/ml的POLY-TPD-氯仿溶液，再将溶液旋涂于钙钛矿发光层之上，旋涂参数为4000rpm/s旋涂60s，退火温度为60℃退火15min。

(6)正极的制备：采用刮涂法制备正极。先称量100mg的纳米银线，分散在2ml的异丙醇溶液中，制备出50mg/ml的纳米银线分散液，然后用绝缘胶带包围发光区域的四周，仅露出正极线路，如图3所示。再将40μL的纳米银线分散液滴加在发光区域一端，用刮刀将纳米银线均匀涂覆在整个POLY-TPD层(空穴传输层)之上，并与正极线路相接触，如图4所示。最后将衬底转移至加热台上，60℃退火10min，待退火完成后将绝缘胶带撕去。

(7)封装玻璃层的制备：选用乐泰3943型号的紫外固化胶，在发光区域四周均匀涂覆紫外固化胶，如图5所示。再盖上ITO玻璃，在1×10²MPa的压力下保持30s，使得ITO玻璃和紫外固化胶紧密结合，如图6所示。最后用焊锡(10)连接ITO玻璃和线路板正极，如图7所示。

实施例2

一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光RGB器件制备方法，包括以下步骤：

制备步骤与实施例1相同，不同处在于需要在一块线路板上依次制备红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三种钙钛矿LED，R、G、B的正极与印刷线路板正极连接，R、G、B的负极与印刷线路板负极连接，制备完成后的器件俯视示意图如图8所示。

最后说明的是，以上实施例仅用来说明本发明的技术方案而非起到限制作用，尽管参照一定实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当清楚，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，包括：依次设置的印刷线路板、负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层、正极和玻璃封装层，印刷线路板上预留有发光区域，在发光区域上制备有负极、电子传输层、钙钛矿发光层、空穴传输层和正极，发光区域四周包覆有绝缘保护层和紫外固化胶层，玻璃封装层与印刷线路板正极连接。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述负极材料包括Al、LiF\Al、Ag、LiF\Ag、碳纳米管的一种或多种，负极厚度为100nm-1μm。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述电子传输层材料包括纳米氧化锌、镁掺杂纳米氧化锌的一种或多种，电子传输层的厚度为25nm-50nm。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述钙钛矿发光层材料包括MAPbBr3、CsPbBr3、FAPbBr3的一种或采用上述材料的不同比例的混合物，钙钛矿发光层厚度范围为50nm-3μm。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述空穴传输材料包括PVK、PolyTPD、TAPC、TCTA、CuSCN和CuI中的一种或多种，空穴传输层厚度范围为25nm-50nm。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述正极材料具有高透光率和高导电性，正极的厚度范围为100nm-400nm。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述绝缘层的材料为绝缘胶带、绝缘漆、绝缘油墨的一种或多种，绝缘层的厚度为300nm-4.5μm，宽度范围为0.5cm-2cm。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件包括基于印刷线路板的钙钛矿电致发光绿光器件和基于印刷线路板的钙钛矿电致发光RGB器件。

9.根据权利要求8所述的钙钛矿电致发光器件，其特征在于，所述基于印刷线路板的钙钛矿电致发光RGB器件在印刷线路板包括红色、绿色和蓝色三种钙钛矿LED，R、G、B的正极与印刷线路板正极连接，R、G、B的负极与印刷线路板负极连接。

10.一种基于印刷线路板的钙钛矿电致发光器件制备方法，其特征在于，包括步骤：

印刷线路板的制备和表面处理：先用腐蚀方法制备印刷线路板的线路并预设发光区域，然后对印刷线路板进行超声清洗处理，再用紫外-臭氧光清洗或等离子体清洗的方式提高印刷线路板表面亲水性；

负极的制备：先将线路板转移至掩膜板中，用蒸镀法制备负极，其中掩膜板的开孔位置应与线路板预设的发光区域重合；

电子传输层的制备：用旋涂法或蒸镀法制备电子传输层；

钙钛矿发光层的制备：用旋涂法或印刷法制备钙钛矿发光层；

空穴传输层的制备：用旋涂法或蒸镀法制备空穴传输层；

正极的制备：首先在发光区域四周包覆一层绝缘层，再用蒸镀法或印刷法制备正极；

导电玻璃封装层的制备：首先在发光区域四周均匀涂覆紫外固化胶，然后盖上透明导电玻璃并抽真空压紧，透明导电玻璃与正极紧密接触，最后将透明导电玻璃与印刷线路板正极连接。