RU2780950C1 - Синий светодиод на основе галогенидных перовскит-полимерных материалов и способ его изготовления - Google Patents
Синий светодиод на основе галогенидных перовскит-полимерных материалов и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780950C1 RU2780950C1 RU2021138709A RU2021138709A RU2780950C1 RU 2780950 C1 RU2780950 C1 RU 2780950C1 RU 2021138709 A RU2021138709 A RU 2021138709A RU 2021138709 A RU2021138709 A RU 2021138709A RU 2780950 C1 RU2780950 C1 RU 2780950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- perovskite
- indium
- cathode
- layer
- blue led
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 title claims abstract description 5
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 title claims abstract 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 7
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M Caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L dibromolead Chemical compound Br[Pb]Br ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 14
- 102000014961 Protein Precursors Human genes 0.000 claims description 5
- 108010078762 Protein Precursors Proteins 0.000 claims description 5
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 229940098124 cesium chloride Drugs 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 34
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M Lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M Lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M Sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N iso-propanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229920001721 Polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001194 electroluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atoms Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Inorganic materials [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов, а именно к светоизлучающим устройствам на основе перовскита, и может быть использовано для создания светоизлучающих устройств, генерирующих излучение в синем диапазоне длин волн, для применения в RGB-дисплеях, приборах освещения и индикации. Синий светодиод на основе галогенидных перовскит-полимерных материалов содержит подложку из стекла с нанесенным проводящим слоем оксида индий-олова, излучающий слой, содержащий в своем составе перовскит, и катод, отличающийся тем, что излучающий слой выполнен из перовскит-полимерного материала состава CsPbClxBr3-x:РЕО (0 ≤ x ≤ 2), а катод выполнен из индий-галлиевой эвтектики. Хлорид цезия, бромид свинца и полиэтилен оксид смешивают в соотношении 20:40:15 по массе и растворяют в смеси диметилсульфоксида и метанола 1:1. Раствор наносят на очищенные стеклянные подложки с проводящим слоем оксида индий-олова путем центрифугирования в течение 5 минут со скоростью 2500 об/мин с последующим отжигом при температуре 180-200°C в течение 20-30 с. Катод изготавливают нанесением индий-галлиевой эвтектики непосредственно на излучающий слой. Изготовленный светодиод при подаче напряжения излучает в диапазоне длин волн 450-500 нм. Изобретение обеспечивает оптимизацию состава излучающего слоя синего светодиода и сокращение времени его изготовления. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов, а именно к светоизлучающим устройствам на основе перовскита и может быть использовано для создания светоизлучающих устройств, генерирующих излучение в синем диапазоне длин волн, для применения в RGB-дисплеях, приборах освещения и индикации.
Известно устройство «Перовскитный светодиод и метод его изготовления» (патент US10629771B2, дата приоритета 17.10.17, дата публикации 13.10.20), «Perovskite light-emitting diode and manufacturing method therefor». Устройство включает в себя анод, дырочный транспортный слой, перовскит-полимерный излучающий слой, электронный транспортный слой и катод. Слои последовательно наносятся на стеклянную подложку. В излучающем слое к перовскиту добавляется полимерный материал - полиэтилен оксид (PEO) и полиимид, для достижения большей равномерности слоя и препятствия формированию дыр в ходе кристаллизации слоя во избежание токов утечек в устройстве. Недостатками данного решения являются использование многослойной архитектуры устройства с электронным и дырочным транспортными слоями, что усложняет технологию производства устройств по сравнению с предлагаемой.
Наиболее близким к предлагаемому светодиоду и выбранным в качестве прототипа является «Синий перовскитный светодиод и метод его изготовления» (патент CN111430559A, дата приоритета 30.03.20, дата публикации 17.07.20), «Blue-light perovskite light-emitting diode and preparation method thereof», включающий стеклянную подложку с нанесенным проводящим слоем оксида индий-олова, дырочный инжекционный слой из оксида никеля, дырочный транспортный слой, излучающий слой перовскита состава CsPb1+yClxBr3-x+2y (0.5 ≤ x ≤ 0.9, 0 ≤ y ≤ 0.5.), легированный галогенидами щелочных металлов (LiCl, NaCl, KCl, LiBr, NaBr, KBr), электронный транспортный слой, электронный инжекционный слой с напыленным на него катодом из алюминия, серебра или золота. Излучающий, инжекционные и транспортные слои последовательно наносятся на подложку методом центрифугирования раствора с последующим отжигом. Излучение света в синем диапазоне длин волн достигается за счет введения в состав ионов хлора. Недостатками прототипа являются сложность конструкции и нанесения металлического катода вакуумным осаждением.
Прототипом способа изготовления предлагаемого светодиода является способ изготовления однослойного перовскит-полимерного светодиода (Li J. et al. Single-layer light-emitting diodes using organometal halide perovskite/poly (ethylene oxide) composite thin films //Advanced materials. - 2015. - Т. 27. - №. 35. - С. 5196-5202). В данном способе прекурсоры перовскита PbA2 и CH3NH3A, где A = Br/Cl/I, и полиэтилен оксид растворяются в диметилсульфоксиде, формируя перовскит-полимерный раствор. Далее стеклянная подложка с проводящим слоем оксида индий-олова очищается, после чего перовскит-полимерный раствор наносится на нее путем центрифугирования с последующим отжигом. В результате на подложке формируется излучающий перовскит-полимерный слой состава CH3NH3PbA3:PEO, где A = Br/Cl/I, на поверхность которого напыляется металлический катод. Недостатком данного способа является длительное время изготовления из-за нанесения катода методом вакуумного напыления.
Решается задача упрощения конструкции и изготовления светодиода со стабильным излучением в диапазоне длин волн 450-500 нм.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в оптимизации состава излучающего слоя синего светодиода и сокращения времени его изготовления.
Данный технический результат достигается за счет того, что предлагаемый синий светодиод включает подложку из стекла с нанесенным проводящим слоем оксида индий-олова, излучающий перовскит-полимерный слой и катод, и отличается тем, что состав излучающего перовскит-полимерного слоя CsPbClxBr3-x:РЕО (0 ≤ x ≤ 2), а катод выполнен из индий-галлиевой эвтектики.
Также данный технический результат достигается за счет того, что прекурсоры материалов излучающего слоя и полиэтилен оксид смешиваются в растворителе, образуя перовскит-полимерный раствор, стеклянная подложка с проводящим слоем ITO очищается и покрывается раствором путем центрифугирования с последующим отжигом, в результате чего на подложке формируется излучающий перовскит-полимерный слой, на который наносится катод и отличается тем, что в качестве прекурсоров растворяют предварительно смешанные хлорид цезия, бромид свинца и полиэтилен оксид в соотношении по массе 20:40:15 соответственно, а в качестве растворителя используют смесь диметилсульфоксида и метанола 1:1, центрифугирование раствора проводят в течение 5 минут со скоростью 2500 об/мин, отжиг проводят при температуре 180-200o C в течение 20-30 с, а катод изготавливают нанесением индий-галлиевой эвтектики непосредственно на излучающий слой.
Сущность изобретения поясняется фигурами, где:
на фиг. 1 представлена структурная схема функциональных слоев устройства: стеклянная подложка 1, анод 2 из оксида индий-олова, излучающий перовскит-полимерный слой 3, катод 4 из индий-галлиевой эвтектики;
на фиг. 2 представлены вольт-амперная и вольт-яркостная характеристики рабочего образца устройства;
на фиг. 3 представлены спектры электролюминесценции изготовленных рабочих образцов устройств при значениях напряжения 2,6 В и 4 В.
Предлагаемый светодиод работает следующим образом: при подаче напряжения на анод 2 и катод 3 в структуре перовскита происходит частичная диссоциация, в результате чего часть материала распадается на катионы (Cs+) и анионы ([PbBr2Cl]-), дрейфующие под действием электрического поля в направлениях катода и анода, соответственно. Эти соединения координируются с атомами кислорода в полиэтилен оксиде и скапливаются вблизи электродов, создавая дополнительные вакансии для инжектированных носителей заряда и формируя p-i-n структуру. Благодаря дополнительным вакансиям носители зарядов инжектируются из электродов в перовскит-полимерный слой и рекомбинируют на зернах перовскита, в результате чего генерируется оптическое излучение. Используемый в данном светодиоде перовскит со смешанным анионным составом CsPbClxBr3-x люминесцирует в диапазоне длин волн 450-500 нм, что позволяет изготавливать устройства, излучающие в синей области спектра. Из вольт-яркостной характеристики светодиода на фиг. 2 видно, что напряжение включения, при котором наблюдается минимальное значение излучения, составляет 2,5 В. Из спектров излучения светодиода на фиг. 3 видно, что при значениях приложенного напряжения менее 4 В синий спектр излучения остается стабильным, а смещение спектра в зеленую область из-за эффекта фазовой сегрегации наблюдается лишь при значениях напряжения более 4 В.
Изготовление предлагаемого светодиода происходит следующим образом:
Хлорид цезия, бромид свинца и полиэтилен оксид смешивают в соотношении по массе 20:40:15 соответственно, и растворяют в смеси метанола и диметилсульфоксида 1:1. Стеклянные подложки с проводящим слоем оксида индий-олова очищают, например, путем механической полировки и обработки изопропиловым спиртом, и наносят на них раствор путем центрифугирования со скоростью 2500 об/мин в течение 5 минут. Далее покрытую раствором подложку отжигают на плитке в течение 20-30 с при температуре 180-200°С, в результате чего формируется перовскит-полимерный излучающий слой. Катод изготавливается нанесением индий-галлиевой эвтектики непосредственно на излучающий слой.
Таким образом, излучающий перовскит-полимерный слой CsPbClxBr3-x:PEO (0 ≤ x ≤ 2) обеспечивает излучение требуемого диапазона, исключение дополнительных транспортных слоев упрощает конструкцию, а использование индий-галлиевой эвтектики, наносимой непосредственно на излучающий слой, сокращает время изготовления и удешевляет его.
Claims (2)
1. Синий светодиод на основе галогенидных перовскит-полимерных материалов, содержащий подложку из стекла с нанесенным проводящим слоем оксида индий-олова, излучающий слой, содержащий в своем составе перовскит, и катод, отличающийся тем, что излучающий слой выполнен из перовскит-полимерного материала состава CsPbClxBr3-x:РЕО (0 ≤ x ≤ 2), а катод выполнен из индий-галлиевой эвтектики.
2. Способ получения синего светодиода на основе галогенидных перовскит-полимерных материалов, включающий растворение прекурсоров перовскита и полиэтилен оксида, очистку стеклянной подложки с проводящим слоем оксида индий-олова, нанесение перовскит-полимерного излучающего слоя на подложку путем центрифугирования раствора с последующим отжигом, а также нанесение на него катода, отличающийся тем, что в качестве прекурсоров растворяют предварительно смешанные хлорид цезия, бромид свинца и полиэтилен оксид в соотношении по массе 20:40:15 соответственно, а в качестве растворителя используют смесь диметилсульфоксида и метанола 1:1, центрифугирование раствора проводят в течение 5 минут со скоростью 2500 об/мин, отжиг проводят при температуре 180-200°C в течение 20-30 с, а катод изготавливают нанесением индий-галлиевой эвтектики непосредственно на излучающий слой.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2780950C1 true RU2780950C1 (ru) | 2022-10-04 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2815603C1 (ru) * | 2023-09-14 | 2024-03-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ управления фазовым составом неорганических галоидных перовскитов и термоуправляемый источник света, полученный указанным способом |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU87571U1 (ru) * | 2009-03-26 | 2009-10-10 | Закрытое акционерное общество "Планета-СИД" | Светоизлучающий диод |
| CN108258133B (zh) * | 2018-01-22 | 2020-05-01 | 苏州大学 | 钙钛矿发光二极管及其制备方法 |
| CN111430559A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-17 | 华南理工大学 | 一种蓝光钙钛矿发光二极管及其制备方法 |
| US20210062364A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | The Regents Of The University Of Michigan | Optimized growth of stable hybrid perovskite materials for electromagnetic and particle radiation detection |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU87571U1 (ru) * | 2009-03-26 | 2009-10-10 | Закрытое акционерное общество "Планета-СИД" | Светоизлучающий диод |
| CN108258133B (zh) * | 2018-01-22 | 2020-05-01 | 苏州大学 | 钙钛矿发光二极管及其制备方法 |
| US20210062364A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | The Regents Of The University Of Michigan | Optimized growth of stable hybrid perovskite materials for electromagnetic and particle radiation detection |
| CN111430559A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-17 | 华南理工大学 | 一种蓝光钙钛矿发光二极管及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2815603C1 (ru) * | 2023-09-14 | 2024-03-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ управления фазовым составом неорганических галоидных перовскитов и термоуправляемый источник света, полученный указанным способом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shi et al. | High-performance planar green light-emitting diodes based on a PEDOT: PSS/CH 3 NH 3 PbBr 3/ZnO sandwich structure | |
| US11258025B2 (en) | Electroluminescent device | |
| US9484545B2 (en) | Organic electroluminescent element and lighting device | |
| KR100688006B1 (ko) | 투명전도막의 제조방법 및 화합물반도체발광소자의제조방법 | |
| US6313261B1 (en) | Polymer light emitting diode | |
| JP2018504787A (ja) | 電界発光素子 | |
| CN100521847C (zh) | 顶发射结构彩色有机电致发光器件及其制备方法 | |
| CN113437227B (zh) | 发光薄膜及制备方法、电致发光器件 | |
| KR20090074795A (ko) | 발광 소자 | |
| KR20010023642A (ko) | 유기전계발광소자 | |
| RU2780950C1 (ru) | Синий светодиод на основе галогенидных перовскит-полимерных материалов и способ его изготовления | |
| AU1400800A (en) | Electroluminescent materials | |
| Margapoti et al. | Optoelectronic properties of OLEC devices based on phenylquinoline and phenylpyridine ionic iridium complexes | |
| US20020125495A1 (en) | Thin film alternating current electroluminescent displays | |
| KR20170140140A (ko) | 계면 조절 첨가제가 도핑된 저분자 발광층에 기반한 자체계량 용액 공정 유기발광소자 | |
| CN110115109A (zh) | 有机电致发光器件、照明装置和显示装置 | |
| JP2013179107A (ja) | 有機発光ダイオードおよびその製造方法 | |
| US20060147749A1 (en) | Organic polymer light emitting diode device and applied display | |
| KR20080090349A (ko) | 유기발광 다이오드 소자 및 광통신용 모듈 | |
| JP2008205254A (ja) | 有機電界発光素子 | |
| CN113113520B (zh) | 一种基于铯铜碘(CsCuI)半导体的全固态光源及其制备方法 | |
| KR102108172B1 (ko) | 전도성 고분자 물질을 활용한 투명 유기발광 다이오드 및 그 제조방법 | |
| JP2005032629A (ja) | 有機エレクトロルミネッセンス素子とその製造方法 | |
| KR101809813B1 (ko) | 계면 조절 첨가제가 도핑된 저분자 발광층에 기반한 자체계량 용액 공정 유기발광소자 | |
| CN114094022A (zh) | 钙钛矿发光二极管及其制备方法 |