[发明专利]一种有机无机复合钙钛矿发光二极管器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种有机无机复合钙钛矿发光二极管器件及其制备方法，本发明基于有机无机复合钙钛矿材料的平面异质结发光二极管，具体结构依次为基片、透明阳极、超薄绝缘层1、有机无机钙钛矿发光层、超薄绝缘层2、电子传输层和阴极。相比于无超薄绝缘层1与超薄绝缘层2的平面异质结钙钛矿发光二极管器件，本发明涉及的发光二极管具有高的电流效率与功率效率，提高20倍以上。本发明公开的二极管结构是一种针对有机无机复合钙钛矿材料的理想器件结构。

技术领域

本发明属于发光二极管技术领域，涉及钙钛矿发光二极管器件，尤其是一种有机无机复合钙钛矿发光二极管器件及其制备方法。

背景技术

2013年，钙钛矿太阳能电池被美国《科学》杂志年度评选为十大科学突破，钙钛矿这种新型的有机—无机复合材料由于一系列优点，迅速在光伏和光电领域内占据了压倒性的优势。

有机—无机复合钙钛矿材料的出现可以追溯到一个世纪前，起初，钙钛矿材料主要是用于光伏领域，后来才向发光领域发展。在国外，最早开始研究有机金属卤化物钙钛矿材料的电致发光特性的是剑桥大学、牛津大学和慕尼黑大学的联合研究团队，该团队的项目负责人、卡文迪许实验室Sir Richard Friend教授带领该团队首次实现了钙钛矿材料在室温下的发光。该课题组采用低温溶液法制备了一种简单的三层结构TiO₂/CH₃NH₃PbI₃–xClx/F8的钙钛矿电致发光器件(PeLED)，通过限制电子-空穴在钙钛矿发光层中充分复合发光,获得了高亮度的近红外PeLED。另外，他们还采用CH₃NH₃PbBr₃代替CH₃NH₃PbI₃–xClx作为发光层，制备了绿光PeLED，器件亮度达到了364cd·m^－2，外量子效率和内量子效率分别达到0.1％和0.4％。此外，Friend课题组通过光致发光研究发现，在高激发强度下，双分子辐射复合在器件中起主导作用。因此，PeLED器件的外量子效率在高电流密度条件下增加，这表明钙钛矿材料的高发光效率和颜色可调性在低成本显示、照明领域具有很大的应用前景。但是器件的电致发光效率还是远远低于光致发光效率，这一方面是由于钙钛矿发光层的成膜性较差，器件中的漏电流会导致非辐射复合增加，另一方面是由于钙钛矿材料的热稳定性较差，高电流条件下器件发热会导致性能衰减。Dinesh Kabra课题组通过调控I、Br、Cl的不同配比，实现电致发光的光谱可调，不但制备出了绿光PeLED，而且制备出了红光PeLED，并且他们都是在常温下实现发光。影响钙钛矿材料电致发光器件效率的其中一个因素就是薄膜形貌，为此，Wei Huang课题组通过引入PEI材料来对ZnO薄膜进行改性，提高亲水性，改善钙钛矿薄膜的形貌，并且降低电极功函数提高电荷注入性能，器件的亮度达到了20000cd·m^－2。为了抑制器件中的漏电流，Friend课题组引入PIP介电材料，与钙钛矿共混，来实现对漏电流的抑制作用，提高器件性能，外量子效率达到了1.2％。

目前报道的PeLED效率不高，其主要原因是溶液法制备的钙钛矿薄膜的覆盖率不完整，且存在空洞，这样会导致有较大的漏电流。这些这些漏电流会导致器件的效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中薄膜不均匀，有针孔，存在漏电流等缺点，提供一种有机无机复合钙钛矿发光二极管器件及其制备方法，其引入一对超薄绝缘层，减少器件中的漏电流，同时提高载流子的注入与复合，减少荧光淬灭，最终提高钙钛矿发光二极管的电流效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种有机无机复合钙钛矿发光二极管器件：由下至上依次为基片、透明阳极、第一超薄绝缘层、有机无机钙钛矿发光层、第二超薄绝缘层、电子传输层和阴极；所述第一超薄绝缘层和第二超薄绝缘层选择无机或有机化合物；所述有机无机钙钛矿发光层为甲胺铅卤或甲脒铅卤；所述阴极为金属或氟化物与金属的复合电极。