一种准二维蓝光LED器件的制备方法

技术领域

本发明属于发光二极管领域，尤其涉及一种准二维蓝光LED器件的制备方法。

背景技术

准二维金属卤化物钙钛矿材料由于其高光致发光量子产率、可调节的光学带隙、优异的色纯度和低成本的溶液加工性，在发光二极管和显示应用领域具有广阔的前景。

但是目前以钙钛矿材料作为发光层的发光二极管的光电性质仍远低于有机发光二极管。一方面是由于钙钛矿薄膜溶液结晶过程难以控制，造成薄膜结晶质量较差、相分布不均匀，造成过低的能量传输效率，从而产生过多的非辐射复合缺陷；另一方面是没有能级合适的传输层导致载流子注入困难，使得器件中载流子传输不平衡，导致器件的效率低，从而严重制约了钙钛矿薄膜及其设备的产业化应用。对于准二维蓝光LED器件来说，由于蓝光发光带隙大，导致其HOMO能级较深，没有兼具合适迁移率和能级的空穴传输材料一直是困扰准二维蓝光LED器件效率进一步提升的主要原因之一，为此我们提出一种准二维蓝光LED器件的制备方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种准二维蓝光LED器件的制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火，将导电聚合物、金属纳米团簇和导电聚合物的混合材料溶于有机试剂后，通过旋转涂布法沉积在基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤4：将适量的步骤3中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤2的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升反溶剂滴加到钙钛矿薄膜表面，反溶剂为乙酸乙酯、氯苯和甲苯中的一种，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤5：将步骤4获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层和金属铝电极。

进一步的，所述步骤2中，导电聚合物为PVK、Poly-TPD、PTAA和TFB中的一种。

进一步的，所述步骤2中，金属纳米团簇和导电聚合物的混合材料中，金属纳米团簇为油溶性金纳米团簇、油溶性银纳米团簇和油溶性铜纳米团簇中的一种。

进一步的，所述步骤2中，金属纳米团簇和导电聚合物的混合材料中，金属纳米团簇占混合材料的比例为5％-55％。

进一步的，所述金属纳米团簇用于提升空穴导电性。

进一步的，所述步骤2中，有机试剂为DMSO、DMF、CB和间二甲苯中的一种。

进一步的，所述步骤5中，电子传输材料为TPBi/LiF、TPBi/Liq、Tmpypb/LiF和Tmpypb/Liq中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该准二维蓝光LED器件的制备方法，将油溶性的金属纳米团簇掺杂进入有机导电聚合物中，有效地提升准二维蓝光LED器件的空穴载流子的注入与传输；利用金属纳米团簇地分子态特性，使得金属能够以另一种方式掺杂进入传输层中，利用其金属性提升导电聚合物导电性及载流子迁移率，同时利用金属纳米团簇的配体与导电聚合物中苯环之间的π-π堆叠，使得空穴传输层的HOMO能级与准二维蓝光钙钛矿发光层的HOMO能级之间的能级差更小，提升空穴的注入效率。

附图说明

图1为本发明实施例的实验优化前后薄膜粗糙度对比图。

图2为本发明实施例中实验优化前后薄膜电导率对比图。

图3为本发明实施例中实验优化前后薄膜载流子迁移率对比图。

图4为本发明实施例中实验优化前后器件电流密度及开启电压对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例1

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量TFB溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量PVK与油溶性银纳米团簇溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤3的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤5：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤6：将适量步骤5中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤4的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升乙酸乙酯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤7：将步骤6获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层TPBi/Liq和金属铝电极。

本发明实施例中，钙钛矿薄膜是由准二维钙钛矿薄膜组成，准二维薄膜使用在三维钙钛矿中加入长链有机集团构建从而增强量子限域效应，是得器件发光峰位蓝移；优选的，金属纳米团簇的掺入不能使得优化后的传输层薄膜粗糙度与优化之前增加超过50％，并且利用旋转涂布法制备的钙钛矿层薄膜粗糙度与优化之前增加不能超过50％；金属纳米团簇的掺入提升空穴导电性、改善能级使得空穴传输层和发光层能级更匹配从而使得空穴注入效率提升，具体表现为开启电压(亮度为1坎德拉每平方米的电压)的降低。参见图1-图4，将银纳米团簇作为掺杂剂掺入导电聚合物PVK中作为空穴传输层，提升了PVK的空穴迁移率，改善PVK的能级，实现能级匹配的载流子注入，提升了载流子注入效率。金属纳米团簇因其过渡尺度兼具金属性和分子态特性，能够解决无机银盐和和有机配体单独作用的局限性，是一种非常良好的改善传输材料的方式。通过合适浓度掺杂，金属纳米粒子不会大幅度改善传输层的成膜特性，并且不会影响钙钛矿的成膜特性。利用银纳米团簇的掺杂可以明显增强空穴载流子的传输与注入，构筑平衡的载流子传输，实现了高亮度高效率的蓝光LED器件性能。

实施例2

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量Poly-TPD溶于间二甲苯中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量PTAA与油溶性铜纳米团簇溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤3的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤5：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤6：将适量步骤5中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤4的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升氯苯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤7：将步骤6获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层TPBi/LiF和金属铝电极。

实施例3

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量TFB溶于DMSO中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量Poly-TPD与油溶性铜纳米团簇溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤3的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤5：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤6：将适量步骤5中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤4的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升乙酸乙酯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤7：将步骤6获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层TPBi/Liq和金属铝电极。

实施例4

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量TFB溶于DMSO中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量PTAA与油溶性铜纳米团簇溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤3的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤5：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤6：将适量步骤5中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤4的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升乙酸乙酯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤7：将步骤6获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层Tmpypb/Liq和金属铝电极。

实施例5

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量Poly-TPD溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量PVK与油溶性银纳米团簇溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤3的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤5：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤6：将适量步骤5中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤4的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升乙酸乙酯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤7：将步骤6获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层Tmpypb/Liq和金属铝电极。

实施例6

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量PTAA与油溶性银纳米团簇溶于CB中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤5：将适量步骤4中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤3的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升乙酸乙酯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤6：将步骤5获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层Tmpypb/Liq和金属铝电极。

实施例7

本发明一个实施例提供的一种准二维蓝光LED器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将ITO基底，分别用去离子水、乙醇以及丙酮反复清洗，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；

步骤2：将PEDOT:PSS溶液采用旋转涂布的方式沉积到步骤1中基底的表面，用150℃进行后期退火；

步骤3：将适量PVK与油溶性铜纳米团簇溶于DMF中，在氮气手套箱中使用旋转涂布的方式沉积到步骤2的基底表面，用150℃进行后期退火；

步骤4：将适量的碘化铅、苯丁基溴化铵和溴化铯溶解到1毫升的DMSO溶液中，形成钙钛矿前体溶液；

步骤5：将适量步骤4中的钙钛矿前体溶液，滴加到步骤3的基底表面，然后采用旋转涂布的方式制备薄膜，在一定时间下，将150微升乙酸乙酯作为反溶剂，滴加到钙钛矿薄膜表面，从而使薄膜快速结晶，随后将薄膜放到加热台上进行后期的退火结晶；

步骤6：将步骤5获得的薄膜放到蒸镀仪中，蒸镀电子传输层Tmpypb/Liq和金属铝电极。

本发明的工作原理是：

该准二维蓝光LED器件的制备方法，将油溶性的金属纳米团簇掺杂进入有机导电聚合物中，有效地提升准二维蓝光LED器件的空穴载流子的注入与传输；利用金属纳米团簇地分子态特性，使得金属能够以另一种方式掺杂进入传输层中，利用其金属性提升导电聚合物导电性及载流子迁移率，同时利用金属纳米团簇的配体与导电聚合物中苯环之间的π-π堆叠，使得空穴传输层的HOMO能级与准二维蓝光钙钛矿发光层的HOMO能级之间的能级差更小，提升空穴的注入效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。