[发明专利]一种铒/镱共掺钙钛矿近红外发光薄膜及其发光二级管

说明书

本发明公开了一种铒/镱共掺钙钛矿近红外发光薄膜及其发光二极管，以稀土铒、镱和铯的醋酸盐替代相应的氯化盐分别作为铒、镱和铯源，解决了目前溶液法制备铒/镱共掺钙钛矿薄膜过程中由于氯离子的增多所导致的二甲基亚砜溶液中二氯化铅和甲醇溶液中镱离子沉淀析出的难题，实现了铒/镱离子取代铅离子格位的有效掺杂，提高了铒离子的掺杂量，改善了成膜质量，降低了缺陷密度及其非辐射复合几率，显著提升了掺铒钙钛矿1.54微米近红外发光的发光性能。

技术领域

本发明属于新型电子元器件制备领域，具体涉及一种铒/镱共掺钙钛矿近红外发光薄膜及其发光二级管。

背景技术

纯无机钙钛矿CsPbX₃(X＝C1,Br,I)材料具有优异的光电性质,包括可调谐的发光和高的光致发光量子效率、高载流子迁移率、制备简单、成本低廉、可溶液加工等，近年来掺铒钙钛矿1.54微米光致发光的研究也取得了显著的进展：

在溶液法方面：2021年日本Miyasaka等人使用全氯金属盐作为氯离子和各金属离子源，制备出掺铒钙钛矿薄膜Er/Yb:CsPbX₃，其1.54微米光致发光的外量子效率达12.6％，是当时所报道的最高值。

在量子点法方面：Artizzu等通过使用稀土醋酸盐制备出铒/镱共掺钙钛矿1.54微米光致发光材料，其外量子效率达到6％；但这两种方法均止步于光致发光方面，并没有进一步实现铒的1.54微米近红外电致发光，原因是：

第一：溶液法中使用的抗衡阴离子全部是氯离子，由于氯离子和体系中的阳离子(铅、铯)之间所生成的氯化盐的溶解度均很低，在高稀土离子掺杂的情况下，所制备的薄膜中有少量的金属氯化盐以沉淀的形式析出且目前无法有效克服，严重阻碍了载流子在发光层内部的传输。

第二：量子点法中有采用金属醋酸盐作为金属源的文献报道，所制备的掺铒钙钛矿薄膜有效地解决了沉淀析出的问题，并显著提高了其成膜质量，然而为了维护量子点的稳定性需要对其进行配体包覆，常用的配体如油酸、油胺等的极性微弱，大量配体的存在严重限制了电荷在发光层内部的传输。

因此，上述两种方法均显著影响载流子在发光层内部的有效传输，导致无法实现掺铒钙钛矿1.54微米近红外的电致发光。

也有文献公开了联合使用醋酸根(Ac^-)和硫氰酸根(SCN^-)制备高效均匀钙钛矿基太阳能电池器件的报道，太阳能电池和发光二极管是基本结构类似但完全相反的两个过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种铒/镱共掺钙钛矿近红外发光薄膜及其发光二级管。

本发明的创新点在于：本方法克服了目前溶液法中高浓度稀土掺杂的情况下引起的金属氯化物的沉淀析出及量子点法中弱极性有机配体的存在对载流子传输性能的不利影响，实现了铒/镱离子取代铅离子格位的有效掺杂，提高了铒离子的掺杂量，改善了成膜质量，降低了缺陷密度及其非辐射复合几率，显著提升了掺铒钙钛矿1.54微米近红外发光的发光性能，其光致发光效率达30.12％，是目前国际上所报道的最高值的2.4倍，并且首次实现了掺铒钙钛矿的1.54微米的近红外电致发光，其近红外发光二极管的外量子效率为0.37％，是铒基有机电致发光器件(OLED)的336倍。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种铒/镱共掺钙钛矿近红外发光薄膜，所述铒/镱共掺钙钛矿近红外发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将乙酸镱(III)四水合物[Yb(CH₃COO)₃·4H₂O]、乙酸铒(III)四水合物[Er(CH₃COO)₃·4H₂O]和二氯化铅(PbCl₂)加入至二甲亚砜(DMSO)溶剂后加热、搅拌至全部溶解、经过滤后得到溶液A；