RU215868U1

RU215868U1 - LIGHT-EMITING DEVICE

Info

Publication number: RU215868U1
Application number: RU2022127125U
Authority: RU
Inventors: Виктор Юрьевич Тимошенко; Ержан Токтарович Таурбаев; Кайролла Секербаевич Секербаев; Гаухар Калижанкызы Мусабек
Original assignee: Виктор Юрьевич Тимошенко; Ержан Токтарович Таурбаев; Кайролла Секербаевич Секербаев; Гаухар Калижанкызы Мусабек
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2022-12-30

Abstract

Полезная модель относиться к области оптоэлектроники и служит для достижения улучшенных светоизлучающих характеристик устройств на основе нанокристаллов перовскитов. Техническим результатом является повышение интенсивности электролюминесцентного излучения, который достигается за счет того, что светоизлучающее устройство, содержащее металлические электрические контакты, первую стеклянную подложку, под которой последовательно расположены первый проводящий слой с электронным типом проводимости, слой перовскитных наночастиц, слой с дырочным типом проводимости, отличающееся тем, что под первой стеклянной подложкой располагается первый проводящий прозрачный слой, выполненный из фторированного оксида олова, под транспортным слоем с электронным типом проводимости располагаются слой перовскитных нанокристаллов, транспортный слой с дырочной проводимостью и второй проводящий прозрачный слой, выполненный из смеси оксидов олова и индия, под которым располагается вторая стеклянная подложка, первый и второй проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами. 1 ил.

The utility model relates to the field of optoelectronics and serves to achieve improved light-emitting characteristics of devices based on perovskite nanocrystals. The technical result is an increase in the intensity of electroluminescent radiation, which is achieved due to the fact that a light-emitting device containing metal electrical contacts, the first glass substrate, under which the first conductive layer with an electronic type of conductivity, a layer of perovskite nanoparticles, a layer with a hole type of conductivity, differing by the fact that under the first glass substrate there is the first conductive transparent layer made of fluorinated tin oxide, under the transport layer with electronic type of conductivity there is a layer of perovskite nanocrystals, a transport layer with hole conductivity and a second conductive transparent layer made of a mixture of tin and indium oxides, under which the second glass substrate is located, the first and second conductive transparent layers are connected to metal electrical contacts. 1 ill.

Description

Полезная модель относиться к области оптоэлектроники и служит для достижения улучшенных светоизлучающих характеристик устройств на основе нанокристаллов перовскитов [H01L33/00, H01L33/26, H01L33/36].The utility model relates to the field of optoelectronics and serves to achieve improved light-emitting characteristics of devices based on perovskite nanocrystals [H01L33/00, H01L33/26, H01L33/36].

Из уровня техники известно МЕТАЛЛОГАЛОГЕНИДНОЕ ПЕРОВСКИТНОЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ [KR20170090216, опубл. 07.08.2017]. Изобретение предлагает светоизлучающее устройство на основе перовскита на основе галогенида металла и способ его изготовления. Металлогалогенид-перовскитное светоизлучающее устройство содержит: подложку; первый электрод, расположенный на подложке; светоизлучающий слой, расположенный на первом электроде и включающий перовскит галогенида металла; и второй электрод, расположенный на светоизлучающем слое. Первый электрод включает в себя проводящий прозрачный слой и транспортный слой с электронной проводимостью, расположенный на проводящем прозрачном слое, при этом проводящий прозрачный слой включает проводящий фторированный оксид олова, а поверхностный транспортный слой с электронной проводимостью находится в омическом контакте со светоизлучающим слоем перовскита галогенида металла.The prior art is known METAL HALIDE PEROVSKITE LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE [KR20170090216, publ. 08/07/2017]. The invention provides a metal halide perovskite based light emitting device and a method for making the same. The metal halide perovskite light emitting device comprises: a substrate; the first electrode located on the substrate; a light-emitting layer located on the first electrode and including metal halide perovskite; and a second electrode disposed on the light emitting layer. The first electrode includes a conductive transparent layer and a transport layer with electronic conductivity located on the conductive transparent layer, while the conductive transparent layer includes a conductive fluorinated tin oxide, and the surface transport layer with electronic conductivity is in ohmic contact with the light-emitting metal halide perovskite layer.

Наиболее близким по технической сущности является ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ СВЕТОДИОД НА ОСНОВЕ ПЕРОВСКИТА С МОДИФИКАЦИЕЙ ИНТЕРФЕЙСА [RU195827, опубл. 27.11.2006], способный работать как солнечный элемент и как светодиод за счет перестроения зонной структуры, который содержит прозрачную подложку с прозрачным анодом, например оксид индия-олова (ITO), над которым последовательно расположены дырочный транспортный слой с проводимостью р-типа, например PEDOT:PSS, слой перовскита с гетерогалогенидом и органическим катионом, электронный транспортный слой с проводимостью n-типа, например С60, дырочный блокирующий слой или электронно-инжекционный слой, например LiF, катод, например серебро, а также два электрода.The closest in technical essence is a TUNABLE PEROVSKITE-BASED LED WITH INTERFACE MODIFICATION [RU195827, publ. November 27, 2006], capable of operating as a solar cell and as an LED due to the rearrangement of the band structure, which contains a transparent substrate with a transparent anode, for example, indium tin oxide (ITO), over which a hole transport layer with p-type conductivity is located in series, for example PEDOT:PSS, heterohalide organic cation perovskite layer, n-type electron transport layer such as C60, hole blocking layer or electron injection layer such as LiF, cathode such as silver, and two electrodes.

Основной технической проблемой аналога и прототипа является низкая интенсивность электролюминесцентного излучения из-за существенных потерь при поглощении в непрозрачных контактах светоизлучающих устройств.The main technical problem of the analog and prototype is the low intensity of electroluminescent radiation due to significant absorption losses in the opaque contacts of light-emitting devices.

Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.The purpose of the utility model is to eliminate the shortcomings of the prototype.

Техническим результатом является повышение интенсивности электролюминесцентного излучения.The technical result is to increase the intensity of electroluminescent radiation.

Указанный технический результат достигается за счет того, что светоизлучающее устройство, содержащее металлические электрические контакты, первую стеклянную подложку, под которой последовательно расположены первый проводящий слой с электронным типом проводимости, слой перовскитных наночастиц, слой с дырочным типом проводимости, отличающееся тем, что под первой стеклянной подложкой располагается первый проводящий прозрачный слой, выполненный из фторированного оксида олова, под транспортным слоем с электронным типом проводимости располагаются слой перовскитных нанокристаллов, транспортный слой с дырочной проводимостью и второй проводящий прозрачный слой, выполненный из смеси оксидов олова и индия, под которым располагается вторая стеклянная подложка, первый и второй проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами.This technical result is achieved due to the fact that a light-emitting device containing metal electrical contacts, the first glass substrate, under which the first conductive layer with an electronic type of conductivity, a layer of perovskite nanoparticles, a layer with a hole type of conductivity, are sequentially located, characterized in that under the first glass the substrate is the first conductive transparent layer made of fluorinated tin oxide, under the transport layer with electronic type of conductivity there is a layer of perovskite nanocrystals, a transport layer with hole conductivity and a second conductive transparent layer made of a mixture of tin and indium oxides, under which there is a second glass substrate , the first and second conductive transparent layers are connected to metallic electrical contacts.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На фиг 1 показан вид в разрезе светоизлучающего устройства.Fig 1 shows a sectional view of a light emitting device.

На чертежах обозначено:The drawings indicate:

1 - первая стеклянная подложка; 2 - первый проводящий прозрачный слой; 3 - транспортный проводящий слой с электронным типом проводимости; 4 - слой перовскитных наночастиц; 5 - проводящий слой с дырочным типом проводимости; 6 - второй проводящий прозрачный слой; 7 - вторая стеклянная подложка; 8 - металлические электрические контакты.1 - the first glass substrate; 2 - the first conductive transparent layer; 3 - transport conductive layer with electronic type of conductivity; 4 - layer of perovskite nanoparticles; 5 - conductive layer with hole type of conductivity; 6 - second conductive transparent layer; 7 - second glass substrate; 8 - metal electrical contacts.

Осуществление полезной модели.Implementation of the utility model.

Светоизлучающее устройство характеризуется тем, что содержит первую стеклянную подложку 1, под которой последовательно располагаются: первый проводящий прозрачный слой 2, выполненный из фторированного оксида олова; транспортный слой с электронным типом проводимости 3; слой перовскитных наночастиц 4; транспортный проводящий слой с дырочным типом проводимости 5; второй проводящий прозрачный слой 6, выполненный из смеси оксидов олова и индия (ITO), и вторая стеклянная подложка 7. При этом первый 2 и второй 6 проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами 8, предназначенными для подключения к источнику тока.The light emitting device is characterized in that it contains the first glass substrate 1, under which are successively located: the first conductive transparent layer 2, made of fluorinated tin oxide; transport layer with electronic type of conductivity 3; a layer of perovskite nanoparticles 4; transport conductive layer with hole-type conductivity 5; the second conductive transparent layer 6, made of a mixture of tin and indium oxides (ITO), and the second glass substrate 7. In this case, the first 2 and second 6 conductive transparent layers are connected to metal electrical contacts 8 intended for connection to a current source.

Заявленный технический результат - повышение интенсивности электролюминесцентного излучения достигается за счет того, что под первой стеклянной подложкой 1 располагается первый проводящий прозрачный слой 2, под транспортным слоем с электронным типом проводимости 3 располагаются слой перовскитных нанокристаллов 4, транспортный слой с дырочной проводимостью 5 и второй проводящий прозрачный слой 6, под вторым проводящим прозрачным слоем 6 располагается вторая стеклянная подложка 7, первый 2 и второй 6 проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами 8, предназначенными для подключения к источнику тока. Таким образом, один из проводящих прозрачных слоев имеет свойство инжекции электронов, а другой - дырок. Вышеописанная последовательность слоев дает возможность вывода светового излучения с двух противоположных сторон светоизлучающего устройства. Наличие двухсторонней структуры с электропроводящими прозрачными контактными слоями дает возможность существенно увеличить интенсивность электролюминесцентного излучения за счет ослабления потерь при поглощении в непрозрачном контакте.The claimed technical result - an increase in the intensity of electroluminescent radiation is achieved due to the fact that under the first glass substrate 1 the first conductive transparent layer 2 is located, under the transport layer with an electronic type of conductivity 3 there is a layer of perovskite nanocrystals 4, a transport layer with hole conductivity 5 and the second conductive transparent layer 6, under the second conductive transparent layer 6 there is a second glass substrate 7, the first 2 and second 6 conductive transparent layers are connected to metal electrical contacts 8 intended for connection to a current source. Thus, one of the transparent conductive layers has the property of electron injection, and the other hole. The above-described sequence of layers makes it possible to output light radiation from two opposite sides of the light emitting device. The presence of a two-sided structure with electrically conductive transparent contact layers makes it possible to significantly increase the intensity of electroluminescent radiation by reducing absorption losses in an opaque contact.

В 2022 году заявителем был изготовлен промышленный образец заявленного устройства, опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат: интенсивности электролюминесцентного излучения была увеличена в 1,5-2 раза по сравнению с техническими решениями аналога и прототипа.In 2022, the applicant manufactured an industrial prototype of the claimed device, the trial operation of which confirmed the claimed technical result: the intensity of electroluminescent radiation was increased by 1.5-2 times compared to the technical solutions of the analog and prototype.

Вариант изготовления устройства.Device manufacturing option.

На первом этапе для изготовления слоя перовскитных наночастиц 4 проводится синтез перовскитных нанокристаллов, например, CsPbBr₃. Для этого берется 0,4 ммоль CsBr, 0,48 ммоль PbBr₂ и 600 мкл октиламина, которые перемешиваются в 10 мл диметилформамида в течение 10 часов. Затем к 0,5 мл этой смеси добавляется смесь толуола и олеиновой кислоты (10:2). Полученный раствор центрифугируется в течение 5 мин при 9000 об/мин. Супернатант (верхняя часть раствора) добавляется в метилацетат в соотношении 1:1 с последующим центрифугированием 10 мин и 9000 об/мин. После центрифугирования осадок диспергируется в толуоле. Затем проводится очистка перовскитных нанокристаллов от лишних лигандов, для чего используется раствор дидодецилдиметиламмония бромида в толуоле (0,05 моль/л), который добавляется к раствору нанокристаллов перовскита в соотношении 10:1 и перемешивается в течение 3-4 ч. Результирующий раствор дважды промывается метилацетатом с последующим центрифугированием и диспергированием в толуоле. В результате получается коллоидный раствор наночастиц состава CsPbBr₃ с размерами нанокристаллов 10-20 нм в толуоле, который можно наносить на прозрачные проводящие электроды с помощью методом центрифугирования (spin-coating).At the first stage, to manufacture a layer of perovskite nanoparticles 4, perovskite nanocrystals, for example, CsPbBr ₃ , are synthesized. For this, 0.4 mmol CsBr, 0.48 mmol PbBr ₂ and 600 μl of octylamine are taken, which are mixed in 10 ml of dimethylformamide for 10 hours. Then a mixture of toluene and oleic acid (10:2) is added to 0.5 ml of this mixture. The resulting solution is centrifuged for 5 minutes at 9000 rpm. The supernatant (upper part of the solution) is added to methyl acetate in a ratio of 1:1, followed by centrifugation for 10 minutes and 9000 rpm. After centrifugation, the precipitate is dispersed in toluene. Then the perovskite nanocrystals are purified from excess ligands, for which a solution of didodecyldimethylammonium bromide in toluene (0.05 mol/l) is used, which is added to a solution of perovskite nanocrystals in a ratio of 10:1 and stirred for 3-4 hours. The resulting solution is washed twice methyl acetate followed by centrifugation and dispersion in toluene. The result is a colloidal solution of CsPbBr ₃ nanoparticles with nanocrystal sizes of 10–20 nm in toluene, which can be deposited on transparent conductive electrodes using the spin-coating method.

На втором этапе изготовления светоизлучающего устройства берутся первая 1 и вторая 7 стеклянные пластины толщиной 0,5-1 мм, на часть из которых методом магнетронного распыления наносятся слои толщиной 150-160 нм из фторированного оксида олова (FTO) или смеси оксидов олова и индия (ITO), формируя, тем самым первый 2 и второй 6 проводящие прозрачные слои. Затем на стеклянные пластины со слоем ITO поверх наносится методом центрифугирования последовательно 20-30 нм слой из прозрачного дырочного проводящего полимера, например, PEDOT:PSS, и перовскитных нанокристаллов, например, CsPbBr₃ с толщиной 10-20 нм, примерно соответствующей размерам нанокристаллов, полученных описанным выше способом. Затем берутся стеклянные пластины со слоем FTO, на которые центрифугированием наносятся 20-30 нм слои из прозрачного электронного проводящего полимера, например TPBi, и данные пластины накладываются на стеклянные пластины с нанесенными последовательно слоями ITO, прозрачного дырочного проводящего полимера, например, PEDOT:PSS, и перовскитных нанокристаллов, по описанному выше способу. Затем проводится нагрев указанных структур в вакууме 0,01-0,1 мбар при температуре 140-150°С в течение 1-1,5 ч для диффузионного сращивания нанесенных слоев и стабилизации свойств формируемого светоизлучающего устройства. Затем данное устройство извлекается из вакуумной камеры, снабжается металлическими электрическими контактами, области которых герметизируются эпоксидной смолой, и может находиться и работать на воздухе при температурах от -20 до+50°С непрерывно в течение не менее 120 ч без существенно снижения эффективности светоизлучения (электролюминесценции) около 20-25% для светоизлучающих устройств на основе перовскитных нанокристаллов CsPbBr₃, излучающих в диапазоне длин волн 500-540 нм.At the second stage of manufacturing a light-emitting device, the first 1 and second 7 glass plates 0.5–1 mm thick are taken, on some of which layers 150–160 nm thick are deposited by magnetron sputtering from fluorinated tin oxide (FTO) or a mixture of tin and indium oxides ( ITO), thereby forming the first 2 and the second 6 conductive transparent layers. Then, on top of glass plates with an ITO layer, a layer of a transparent hole conducting polymer, for example, PEDOT:PSS, and perovskite nanocrystals, for example, CsPbBr ₃ with a thickness of 10-20 nm, approximately corresponding to the size of the nanocrystals obtained the way described above. Then, glass plates with a layer of FTO are taken, on which 20-30 nm layers of a transparent electronic conductive polymer, for example, TPBi, are deposited by centrifugation, and these plates are superimposed on glass plates with successive layers of ITO, a transparent hole conductive polymer, for example, PEDOT:PSS, and perovskite nanocrystals, as described above. Then, these structures are heated in a vacuum of 0.01-0.1 mbar at a temperature of 140-150°C for 1-1.5 h for diffusion splicing of the deposited layers and stabilization of the properties of the formed light-emitting device. Then this device is removed from the vacuum chamber, supplied with metal electrical contacts, the areas of which are sealed with epoxy resin, and can be and work in air at temperatures from -20 to + 50 ° C continuously for at least 120 hours without significantly reducing the efficiency of light emission (electroluminescence ) about 20-25% for light-emitting devices based on CsPbBr ₃ perovskite nanocrystals emitting in the wavelength range of 500-540 nm.

Опытное использование заявленного устройства, выполненного в соответствии с вышеуказанным вариантом изготовления, показало, что помимо достижения заявленного технического результата:Experimental use of the claimed device, made in accordance with the above manufacturing option, showed that in addition to achieving the claimed technical result:

обеспечивается долговременная стабильность изделия, в связи с тем, что при его изготовлении не используются металлы, такие как, например, алюминий или серебро, которые обладают коэффициентами теплового расширения сильно отличающимися от таковых для проводящих полимеров и перовскитных нанокристаллов, а также могут окисляться на воздухе, что приводит к появлению нежелательных оксидов данных металлов, а, следовательно, дополнительным тепловым потерям и нестабильности работы светоизлучающего устройства.the long-term stability of the product is ensured, due to the fact that its manufacture does not use metals, such as, for example, aluminum or silver, which have thermal expansion coefficients that are very different from those for conductive polymers and perovskite nanocrystals, and can also oxidize in air, which leads to the appearance of undesirable oxides of these metals, and, consequently, additional heat losses and instability of the light emitting device.

обеспечивается возможность его использования в прозрачных индикаторных и информационных панелях, позволяющих наблюдение или считывание световой информации с двух сторон, что невозможно для существующих аналогов светоизлучающих устройств с одним непрозрачным контактом.it is possible to use it in transparent indicator and information panels that allow observation or reading of light information from two sides, which is impossible for existing analogues of light-emitting devices with one opaque contact.

Заявленное техническое решение является единым изделием, которое изготавливается на заводе - изготовители.The claimed technical solution is a single product that is manufactured at the factory - manufacturers.

Claims

A light-emitting device containing metal electrical contacts, a first glass substrate, under which the first conductive layer with an electronic type of conductivity, a layer of perovskite nanoparticles, a layer with a hole type of conductivity are successively located, characterized in that under the first glass substrate there is a first conductive transparent layer made of fluorinated tin oxide, a layer of perovskite nanocrystals, a transport layer with hole conductivity and a second conductive transparent layer made of a mixture of tin and indium oxides are located under the transport layer with an electronic type of conductivity, under which there is a second glass substrate, the first and second conductive transparent layers are connected to metal electrical contacts.