一种CsPbI3红光钙钛矿纳米晶LED器件的优化方法

一种cspbi3红光钙钛矿纳米晶led器件的优化方法
技术领域
1.本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种cspbi3红光钙钛矿纳米晶led器件的优化方法。


背景技术：

2.金属卤化物钙钛矿纳米晶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。但是目前以钙钛矿纳米晶材料作为发光层的发光二极管的光电性质仍远低于最先进的有机发光二极管。一方面是由于钙钛矿纳米晶表面体内的缺陷导致导致纳米晶材料的光致发光量子产率较低以及长链油胺油酸的绝缘性质使得纳米晶材料的导电性能受到抑制，导致器件的效率较低；另一方面是卤素离子低的迁移活化能使得卤素容易在外界应力下移动使得纳米晶材料发生降解从而导致器件的稳定性降低，严重制约了钙钛矿纳米晶及其设备的产业化应用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种 cspbi3红光钙钛矿纳米晶led器件的优化方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种cspbi3红光钙钛矿纳米晶led器件的优化方法，利用三苯基膦(tpp)及其衍生物-(二苯基膦基)-联苯(dpb)对cspbi3钙钛矿纳米晶的光电性质进行优化，具体包括以下步骤：
6.步骤1：将十八烯、油酸以及醋酸铯放在容器中，在真空环境下，加热脱气干燥，然后在惰性气体氛围下升温，加热搅拌至溶液溶解，得到油酸铯溶液；
7.步骤2：将碘化铅、油酸、油胺以及tpp或dpb倒入到装有十八烯的容器中，在真空环境下，加热脱气干燥，然后在惰性气体氛围下升温，并注入油酸铯溶液，反应完成后将溶液水浴冷却到室温；
8.步骤3：将步骤2中的反应产物离心提纯，将离心后的沉淀物分散到甲苯和乙酸乙酯的混合溶剂中，然后继续离心提纯，最后将离心后的沉淀分散到甲苯中，即得到tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶；
9.步骤4：初步制备基于tpp或dpb的cspbi3纳米晶led；
10.将ito基底，分别用去离子水、乙醇、三氯甲烷、丙酮以及异丙醇分别清洗，接着采用紫外臭氧机清洗；
11.在ito基底上旋涂zno，之后进行退火处理；然后将底物转移到充满n2气体的手套箱中，在zno薄膜上旋涂聚乙烯亚胺(pei)，形成 zno/pei层，之后再进行退火处理，将zno/pei层作为电子传输层和修饰层；
12.将步骤3中制备好的tpp或dpb处理的cspbi3纳米晶溶液旋涂在 zno/pei层上，作
为发光层；
13.步骤5：将步骤4中获得的产物最后转移到真空腔内，通过热蒸发依次沉积tcta、tapc、moo3和au层，其中tcta和tapc层作为空穴传输层和电子阻挡层，moo3和au层作为顶部电极；由此获得基于 tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶led。
14.优选的，在步骤1和步骤2中，通入的惰性气体为氮气。
15.优选的，在步骤2中，十八烯、油酸和油胺的体积比为10：1： 1。
16.优选的，在步骤3中，所述离心转速为5000-10000r/min。
17.优选的，在步骤4中，所述旋涂zno的转速为1000r/min，旋涂聚乙烯亚胺的转速为3000r/min，纳米晶旋涂在zno/pei层上的转速为1000r/min。
18.优选的，在步骤4中，所述zno的退火处理具体为150℃的温度下退火10分钟，聚乙烯亚胺的退火处理具体为在125℃的温度下退火10分钟。
19.优选的，步骤4中，将ito基底分别用去离子水、乙醇、三氯甲烷、丙酮以及异丙醇分别清洗时长为15分钟；采用紫外臭氧机清洗时长为20分钟。
20.本发明使用三苯基膦(tpp)及其衍生物2-(二苯基膦基)-联苯(dpb)对cspbi3钙钛矿纳米晶的光电性质及稳定性进行优化，提升了cspbi3纳米晶的光致发光量子产率，增强了纳米晶的电荷传输能力，很大程度地抑制了离子迁移，实现了2731cd/m2(tpp)和3188 cd/m2(dpb)的峰值亮度以及19.2％(tpp)和21.6％(dpb)的最大外量子效率，且器件的稳定性相比于未优化的提升了近十倍。
附图说明
21.图1为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶光致发光性能对比图；
22.图2为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶寿命对比图；
23.图3为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶x射线光电子能谱图；
24.图4为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶在空气中放置不同时间的x射线衍射图谱；
25.图5为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶薄膜载流子迁移率对比图；
26.图6为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶led的电流密度
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电压曲线；
27.图7为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶led的电流密度
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亮度曲线；
28.图8为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶led的电流密度
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外量子效率曲线；
29.图9为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶led在正向和反向电压扫描下的电流密度-电压曲线(箭头表示扫描电压的方向)；
30.图10为发明实施例中实验优化前后cspbi3纳米晶led稳定性曲线。
具体实施方式
31.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.实施例：
33.1)首先将0.96g的醋酸铯，5ml油酸和30ml十八烯装入100ml 的三颈烧瓶中，在真
空、120℃下脱气干燥反应，直到形成澄清的溶液，即得到前驱体溶液。
34.2)其次将0.173g的碘化铅、0.3g tpp(或0.0276g dpb)1ml 油胺、1ml油酸以及10ml十八烯装入到50ml的三颈烧瓶中，先在真空、120℃下脱气干燥1h，随后在氮气氛围下，将溶液升温170℃后，注入0.8ml前驱体溶液，反应5s后迅速将溶液水浴冷却到室温；
35.3)最后将反应产物离心提纯，将离心后的沉淀分散到甲苯和乙酸乙酯的混合溶剂中，然后继续离心提纯，最后将离心后的沉淀分散到甲苯中，即得到tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶；
36.4)制备基于tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶led
37.首先，将ito基底，分别用去离子水、乙醇、三氯甲烷、丙酮以及异丙醇分别清洗15分钟，接着采用紫外臭氧机清洗20分钟；
38.在ito基底上旋涂zno，以1000r/min的转速旋涂30秒，之后在150℃的温度下退火10分钟；然后将底物转移到充满n2气体的手套箱中，在zno薄膜上旋涂聚乙烯亚胺(pei)(溶解在2-甲氧基乙醇溶液中，质量分数为0.2％)，以3000r/min的转速旋涂50秒，之后在125℃的温度下退火10分钟，将zno/pei层作为电子传输层和修饰层；
39.将步骤3)中制备好的tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶溶液以 1000r/min的转速旋涂在zno/pei层上，作为发光层；
40.5)将步骤4)中获得的产物最后转移到真空腔内，通过热蒸发依次沉积tcta、tapc、moo3和au层，其中tcta和tapc层作为空穴传输层和电子阻挡层，moo3和au层作为顶部电极；由此获得基于tpp 或dpb处理后的cspbi3纳米晶led。
41.如图1所示，加入tpp和dpb可以提高cspbi3纳米晶的发光强度，且dpb对发光强度的提高相对于tpp来说更好。此外，如图2所示， tpp和dpb处理后的cspbi3纳米晶的荧光寿命变长，说明tpp和dpb 钝化了纳米晶表面的缺陷，抑制了非辐射复合，从而提高了发光效率。如图3所示，在tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶中pb的结合能向高能方向移动，i的结合能向低能方向移动，说明tpp和dpb既能于 pb配位又能与i配位，且dpb的配位能力更强，从而更好地钝化缺陷和抑制离子迁移，使得材料的稳定性有了显著的提高。如图4所示， tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶表现出了优异的水氧稳定性。进一步地，如图5，6所示，tpp和dpb的离域特性增强了载流子的迁移率。利用tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶作为发光层，制备了led。如图7，8所示，该led实现了2731cd/m2(tpp)和3188cd/m2(dpb) 的峰值亮度以及19.2％(tpp)和21.6％(dpb)的最大外量子效率。如图9所示，基于tpp或dpb处理后的cspbi3纳米晶led的显著地抑制了迁移。进一步的，如图10所示，led的稳定性得到了很大的提升。
42.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。