[发明专利]一种金属/准二维钙钛矿纳米晶复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属/准二维钙钛矿纳米晶复合薄膜及其制备方法，所述复合薄膜由基底、铝膜和钙钛矿纳米晶薄膜构成；其中所述钙钛矿纳米晶的前驱液中掺杂锌离子；其制备方法包括以下步骤：在基底上蒸镀一层铝薄膜，随后使用钙钛矿纳米晶在铝薄膜上沉积形成一层钙钛矿纳米晶薄膜得到金属/准二维钙钛矿纳米晶复合薄膜；Zn²⁺离子的掺杂能够调控钙钛矿纳米晶的光学特性，钝化准二维钙钛矿纳米晶的缺陷，从而减少缺陷态诱导的非辐射复合中心，有利于更高效的激子辐射复合，改善纳米晶的荧光特性和稳定性；通过表面等离激元耦合法在基底和钙钛矿薄膜之间增加铝膜，能够进一步增强钙钛矿材料的荧光强度，并实现对准二维钙钛矿独特的n阶相分布调制作用。

技术领域

本发明涉及钙钛矿薄膜及其制备方法，特别涉及一种金属/准二维钙钛矿纳米晶复合薄膜及其制备方法。

背景技术

钙钛矿量子点/纳米晶在显示器和发光器件等光电领域具有潜在的应用价值，这归因于金属卤化物钙钛矿优异的光学特性，例如带隙可调节、窄发射光谱、高荧光量子产率和高载流子迁移率等特点。但三维钙钛矿ABX₃在水、氧环境中稳定性较差，容易发生降解。因此，具有更高稳定性和形成能的准二维钙钛矿是半导体发光材料研究的理想载体。Ruddlesden-Popper型(RP型)准二维钙钛矿的化学通式为L₂A_n-1B_nX_3n+1，其中L为大型有机阳离子，无限排列的金属卤化物BX₆^4-被L层分隔开，n为有机阳离子层之间的BX₆^4-八面体层数。因此准二维钙钛矿材料形成了天然的量子阱结构，有机大阳离子作为绝缘层增强了电子空穴库仑相互作用，使钙钛矿具有强量子限域效应和介电约束效应，从而相比三维钙钛矿具有更大的激子结合能。对于发光器件的应用，如发光二极管，较大的激子结合能有利于激子的辐射复合，较低的载流子迁移率使得缺陷态诱导的非辐射复合概率降低，进而改善器件的效率。对于钙钛矿量子点/纳米晶薄膜LED器件，提高其性能最直接有效的方法是改善材料的发光特性。

然而，对于准二维钙钛矿材料，长链有机间隔层的绝缘性质会影响钙钛矿的电子特性，从而影响相应发光器件的性能。准二维钙钛矿由具有不同八面体层数n的钙钛矿晶畴构成，其中n＝1相中强烈的激子-声子耦合会引起严重的非辐射复合。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种改善钙钛矿纳米晶荧光特性和稳定性的金属/准二维钙钛矿纳米晶复合薄膜；本发明的另一目的是提供该复合薄膜的制备方法。

技术方案：本发明所述的复合薄膜，一种金属/准二维钙钛矿纳米晶复合薄膜，其特征在于，由基底、铝膜和钙钛矿纳米晶薄膜构成；其中所述钙钛矿纳米晶薄膜的前驱液中掺杂锌离子。

优选的所述基底为石英。所述基底的作用是用于承载铝膜和钙钛矿纳米晶薄膜。

优选的，所述钙钛矿纳米晶薄膜的前驱液中溴化苯乙胺、溴化铅、溴化锌、溴化铯和正辛胺的摩尔比为1:0.77～0.91:0.09～0.23:0.5：0.7～0.9。钙钛矿纳米晶薄膜是作为所制备复合薄膜的发光层。钙钛矿纳米晶的荧光强度随着前驱体溶液中溴化锌含量的增加而增强，当溴化锌与溴化铅的摩尔比为0.17：0.83时，纳米晶的荧光增强效果最佳；当继续增加溴化锌的用量，会使缺陷态密度增加，使纳米晶的荧光强度下降。

所述钙钛矿纳米晶薄膜厚度为120～150nm。纳米晶薄膜厚度过大会减弱铝对钙钛矿层PL的增强效果。

优选的，所述铝膜的厚度为80～90nm。铝膜的作用是通过表面等离激元耦合来增强钙钛矿材料的荧光性能。钙钛矿/金属界面的SP共振耦合能够显著提高钙钛矿的自发复合速率，改善PL特性，由于Purcell效应，局域SP耦合随着金属厚度的增加而增强，从而获得更好的PL增强效果；当Al膜太薄时，局域SP共振较弱，局域电磁场无明显增强从而对PL的增强效果较差；当Al膜太厚时，局域场增强效果达到饱和状态，PL增强系数不再提升。