[发明专利]一种钙钛矿/硅异质结电致发光器件及制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及电致发光器件，尤其是一种基于硅衬底材料的全无机钙钛矿电致发光器件结构的设计与制备，利用ZnO和Si基材料分别作为电子和空穴传输层；本发明尤其是涉及采用交流驱动模式提高钙钛矿器件的稳定性和发光效率。

二、背景技术

近年来，卤素钙钛矿材料在太阳能电池方面取得了巨大进展而引起人们的广泛关注。另外，钙钛矿也具有一些其他性能，例如高的载流子迁移率、低的乌尔巴赫能量、小的斯托克位移、低的陷阱密度以及长的扩散长度，这些性能使钙钛矿材料在光电器件应用中有着重大的潜力。特别是，钙钛矿量子点荧光产率高、发射峰较窄并且发射峰的位置可以通过组分和尺寸调控，有利于实现全色彩发光二极管。研究者为提高钙钛矿发光二极管的性能也做出了许多努力。但是，由于器件内部电子和空穴传输层大多是有机材料，这些材料对水和氧气非常敏感，是影响器件的稳定性的主要原因之一。

为了提高器件的稳定性，首先选用稳定性较好的全无机钙钛矿量子点CsPbX₃(X＝Cl，Br，I)。其次器件结构的设计，选用合适的电子和空穴传输层。利用稳定性较好的无机材料代替稳定性较差的有机材料。硅(Si)作为当前最重要的一种元素半导体材料，是现代微电子产业的基石,具有成熟的制备工艺。通过构筑硅基异质结结构，将具有优良发光性能的钙钛矿材料和硅材料结合起来制备出高效率的电致发光器件可以推动大面积硅基光电集成的发展。我们构筑了一种新型结构的全无机钙钛矿量子/硅异质结发光二极管。ZnO和p-Si分别作为器件的电子和空穴传输层，ITO和Al分别作为阴极和阳极。得到红光和绿光两种电致发光器件，由于红光量子点CsPbI₃与硅形成较低的势垒，所以，开启电压低于绿光器件。我们对比了直流和交流条件下器件发光性能，发现在较高电流密度下，交流偏置减少界面处的电荷积累，可以降低器件发光性能的衰减。

三、发明内容

为了解决器件的性能，本发明目的是，提供一种新型结构的低开启电压、低成本的全无机钙钛矿电致发光器件及制备方法，适应于交流驱动提高器件的稳定性和发光效率。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：钙钛矿/硅异质结电致发光器件；所述钙钛矿电致发光器件的结构自下而上分别为阳极层、空穴传输层-电子阻挡层、发光层、电子传输-空穴阻挡层和阴极层；空穴传输层-电子阻挡层为Si基材料，包括p-Si、p-Si+SiO₂、p-Si+SiC、p-Si+SiN以及非晶硅等，包括这些但不限于这些；发光层为全无机钙钛矿CsPbX₃，X为一元卤素元素或多元卤素元素的组合(X＝Cl，Br，I)，所使用的代表材料性分子式为CsPbCl₃，CsPbBr₃，CsPbI₃，CsPbBr_3-xI_x，CsPbBr_3-xCl_x。

典型的构成：阳极Al，空穴传输层-电子阻挡层p-Si或p-Si+SiO₂，发光层CsPbX₃，电子传输层-空穴阻挡层ZnO，阴极ITO。

全无机钙钛矿致电发光器件的制备方法：

1)清洗干净的p-Si或p-Si+SiO₂作为空穴传输-电子阻挡以及衬底；

2)利用PECVD或者磁控溅射方法在p-Si或p-Si+SiO₂上分别生长SiO₂、SiN、SiC硅基材料(包括这些但不限于这些硅基材料)。

3)Si衬底的背面热蒸发Al薄膜作为阳极；

4)合金化Al薄膜，在管式炉N₂保护气氛中400±30℃保温30±5min；

5)在Si衬底正面旋涂钙钛矿量子点(厚度范围30nm-150nm)；

6)钙钛矿量子点放入烘箱中60±10℃、3±1min干燥；

7)磁控溅射ZnO薄膜(厚度范围30nm-100nm)；

8)磁控溅射ITO薄膜(厚度范围150nm-400nm)；

9)分别用直流交流驱动测试器件性能，交流驱动条件如下：(1)方波驱动频率10HZ-100MHZ包括此范围但不限于此,占空比20％-80％包括此范围但不限于此(2)正弦波驱动频率10HZ-100MHZ包括此范围但不限于此。交流驱动类型包括正弦波和方波驱动但不限于此。

本发明的有益效果：