[发明专利]一种制备全无机钙钛矿发光二极管活性层的方法

说明书

本发明公开了一种制备全无机钙钛矿发光二极管活性层的方法，其特征在于，该方法是先将CsX和PbX₂按摩尔比为(1.1～1.4):1混合形成富铯前驱体，接着再将该前驱体放入同一蒸发源中，利用热蒸发方法在待沉积的基底上进行真空沉积得到全无机钙钛矿发光二极管活性层，该全无机钙钛矿发光二极管活性层厚度为100nm～300nm，具有CsPbX₃和Cs₄PbX₆复合相，具有高荧光量子产率，且能够作为发光层最终形成全无机钙钛矿发光二极管。本发明利用同源真空法，通过前驱体的组成及配比的控制，以及热蒸发过程中配合发挥作用的其他参数条件进行改进，利用投料比控制薄膜物相的组分，提高绝对荧光量子产率，得到的全无机钙钛矿薄膜发光效率高、符合理想化学计量比、厚度薄、致密均匀无针孔。

技术领域

本发明属于发光二极管等发光器件技术领域，尤其涉及半导体发光薄膜制备方法，更具体地，涉及一种制备全无机钙钛矿发光二极管活性层的方法。

背景技术

在过去十年中，卤素钙钛矿由于其易于合成和优异的光学性质而成为光伏和发光领域的新型热门材料。全无机的钙钛矿材料的分子式为Cs₁Pb₂X₅，CsPbX₃或Cs₄PbX₆，其中Cs是铯，Pb是铅，X是碘(I)、氯(Cl)、溴(Br)的一种或两种。这种无机钙钛矿具有长的自由载流子扩散长度、高迁移率、高吸收、整个可见光区域带隙可调、低缺陷密度、高结晶性、高荧光量子产率等优势，在发光应用中具有很大的前景和研究价值。其中钙钛矿发光二极管由于其优异的色谱纯度和商业应用潜力，已经引起学术界和企业界的高度关注。

在铯铅卤体系中，随着铯铅投料比的变化，会形成不同的物相。以铯铅溴为例，随着CsBr：PbBr₂的比例增加，将会依次形成二维的CsPb₂Br₅、三维的CsPbBr₃、零维的Cs₄PbBr₆，同时也会伴随着多余的未反应的溴化铯和溴化铅存在于其中。由于全无机钙钛矿材料其发光与否、发光性能如何具体是与全无机钙钛矿材料的物相及组成密切相关的，所以制备此类全无机钙钛矿发光薄膜需要精准控制投料比。

相对于溶液法，真空法因其制备的薄膜平整、厚度可控、绿色环保及其产业化的便利受到更多人的青睐。发光二极管中钙钛矿发光层的制备方法往往是采用多源热蒸发方法(如双源热蒸发方法等)。但是传统的双源法控制复杂，两个独立的蒸发源需要控制在一定的温度范围，使蒸发速率能稳定在确定比例上；同时这种通过速率监控比例的方法，精度低，工艺重复性差；利用这种工艺制备全无机的钙钛矿铯铅卤发光体系，因其对组分极其敏感，就更是难上加难。另外，为实现精准控制，双源法蒸发速率需要非常的慢，一般需要控制在0.5埃每秒以内，阻碍生产速度的提升。所以上述提及的制备方法，限制了全无机钙钛矿发光薄膜及器件的制备和工业应用，一种控制精准、高效简单、适用于批量生产的制备技术对于钙钛矿发光薄膜及二极管的应用极其重要。

发明内容

针对现有技术制备全无机钙钛矿发光薄膜的工艺复杂、精度低、重复性差、制备时间久等缺点，本发明的目的在于提供一种制备全无机钙钛矿发光二极管活性层的方法，利用同源真空法，通过前驱体的组成及配比的控制，以及热蒸发过程中配合发挥作用的其他参数条件(如基底温度及转速，真空度，前驱体的总质量等)进行改进，利用投料比控制薄膜物相的组分，提高绝对荧光量子产率，得到的全无机钙钛矿薄膜荧光量子产率高、符合理想化学计量比、厚度薄、致密均匀无针孔，是一种厚度满足100nm～300nm且具有高荧光量子产率的发光层薄膜；并且，本发明中的制备方法工艺重复性高、操作简易、产率高，适用于大规模产业化生产。