[发明专利]一种基于钙钛矿薄膜的全无机发光器件及其制备方法

说明书

一种基于钙钛矿薄膜的全无机发光器件及其制备方法，属于半导体发光器件技术领域。自下而上由层叠结构的ITO玻璃衬底、ZnO电子传输层、无机钙钛矿CsPbX₃薄膜发光层、NiO空穴传输层和Au、Al等阳极电极层组成，其中ZnO电子传输层制备在ITO玻璃衬底的ITO导电膜上，ITO导电膜作为阴极电极层；X为Cl、Br或I元素。钙钛矿CsPbX₃薄膜表面平整无针孔，并且晶粒尺寸较小，容易实现高效辐射复合发光，发光纯度高并且通过调控卤素原子的掺杂比例可实现发光范围可调。所述器件中的电子/空穴传输层均采用性质稳定的无机材料ZnO/NiO，可以保证所述器件的工作环境要求低，性能稳定。

技术领域

本发明属于半导体发光器件技术领域，具体涉及一种基于钙钛矿薄膜的全无机发光器件及其制备方法。

背景技术

目前，市场商用的发光器件大多采用氮化镓材料制备，在亮度和效率方面已经做得很好，但还存在一些问题，比如对衬底具有较高要求(衬底与外延层需有较低的晶格失配和热失配)并且缺陷容忍度低，造价比较高；且不能实现全光谱覆盖等。然而基于钙钛矿材料的发光器件却能解决这些问题。钙钛矿材料是一种ABX₃型的结构材料，A位一般是稀土或碱土元素等金属阳离子，B位为过渡元素离子(Pb、Sn等)，A位和B位皆可被半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变，X位为卤素离子(Cl、Br、I等一种或多种组合)。钙钛矿材料具有非常优异的光电性能，比如：优异的载流子传输性能、高的光电转换效率及发光效率，并且通过卤素原子的掺杂调控实现光学带隙可调(390-790nm)等。

目前大多数的钙钛矿发光器件是基于有机无机杂化的钙钛矿CH₃NH₃PbX_3-xY_x。(X、Y为Cl、Br、I等不同元素，x取值0～3)该类发光器件性能优异，但是由于存在有机成分，导致其稳定性不高，对工作条件要求高，不能长时间使用。

无机钙钛矿材料CsPbX₃(X为Cl、Br、I元素)既保持了有机无机杂化钙钛矿材料的优异光电性能，又能解决其稳定性的问题。所以基于钙钛矿薄膜的全无机钙钛矿发光器件是十分必要的，其在相关领域的实际应用具有巨大的潜力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有制备发光器件存在的不足和问题，提供一种基于钙钛矿薄膜的全无机发光器件及其制备方法。

一种基于钙钛矿薄膜的全无机发光器件(见附图1和附图说明)，自下而上由层叠结构的ITO玻璃衬底1、ZnO电子传输层2、无机钙钛矿CsPbX₃薄膜发光层3、NiO空穴传输层4和Au、Al等阳极电极层5组成，其中ZnO电子传输层制备在ITO玻璃衬底的ITO导电膜上，ITO导电膜作为阴极电极层；X为Cl、Br或I元素。

本发明所述的一种基于钙钛矿薄膜的全无机发光器件的制备方法，其步骤如下：

(1)依次使用甲苯、丙酮、乙醇、去离子水对ITO玻璃衬底1进行超声清洗5～10分钟，之后将衬底用氮气枪吹干；

(2)在清洗干净的ITO玻璃衬底1的ITO导电膜表面采用磁控溅射法沉积ZnO电子传输层2；

(3)在ZnO电子传输层2表面采用热蒸发的方法沉积PbX₂层，然后将得到的器件浸泡至CsX的饱和乙醇溶液中10～30分钟，反应完全后在80～90℃条件下退火20～30分钟，制备得到无机钙钛矿CsPbX₃薄膜发光层3；

(4)在无机钙钛矿CsPbX₃薄膜发光层3表面采用磁控溅射的方法沉积NiO空穴传输层4；