[发明专利]一种高量子产率的蓝光钙钛矿及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高量子产率的蓝光钙钛矿及其制备方法和应用，涉及发光材料技术领域。该蓝光钙钛矿量子产率高，具有发光可调性，可以实现全蓝光光谱范围覆盖。该高量子产率的蓝光钙钛矿的制备方法通过PrCl₃掺杂对钙钛矿表面进行优化，使制得的钙钛矿表面空位缺陷钝化，表面配体减少，减少了非辐射复合，增加了本征辐射复合，提升了量子产率。

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，具体而言，涉及一种高量子产率的蓝光钙钛矿及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿(MPbX₃，M＝CH₃NH³⁺,HC(NH₂)²⁺,Cs⁺；X＝Cl,Br,and I)作为一种新兴的半导体材料，由于其优异的光学性能，如高的量子产率，窄的发射线宽，长的载流子扩散长度，通过调节粒径大小，三维尺度，卤素比例即可调节其带隙大小从而发出覆盖整个可见光的颜色，使得其成为太阳能电池，光电探测器，发光显示等领域的明星材料。

目前，红光钙钛矿(CsPbI₃)和绿光钙钛矿(CsPbBr₃)的量子产率已经超过90％，然而蓝光钙钛矿的量子产率却远低于红光钙钛矿和绿光钙钛矿。作为三基色(红、绿、蓝)之一蓝光在显示领域尤为重要。尽管红光和绿光钙钛矿的效率已足够高，但蓝光的低量子产率问题若没有得到改善，将严重地限制钙钛矿在显示领域的进一步实际应用。因此，改善蓝光量子产率低的问题目前十分紧迫。

现有的蓝光钙钛矿大多采用如下两种方法实现：一种是CsPbCl₃发射蓝光；而另一种是基于量子限域效应，使二维CsPbBr₃发蓝光。第一种方法中，CsPbCl₃的本征发光峰在408纳米左右，这是一个蓝紫色区域，但是有时候由于晶粒尺寸过大，会出现发光峰红移现象，达到415纳米左右，这是一个浅蓝色区域，因此也有人报道通过这样的方式使CsPbCl₃发射蓝光。但这种方式存在三个缺陷，一是量子产率低；二是这种方法发射的蓝光不是标准蓝光，远远偏离标准蓝光范围(460-480nm)，且无法克服；三是该方法无法实现全蓝光光谱范围覆盖，即不具有发光可调性。第二种方法中，CsPbBr₃的本征发光峰在520纳米左右，这是一个标准的绿光区域。但是若将CsPbBr₃制备为二维纳米片，由于量子限域效应，带隙变大，光谱蓝移，有可能使CsPbBr₃发射蓝光。该方法的优点是量子产率高，但同样存在两个缺陷，一是该方法很难实现标准蓝光发射，通常二维CsPbBr₃的发射峰在480-490纳米，这是一个天蓝色区域，严格意义上讲其实并不是蓝色，且这个缺点难以克服，目前还没有成功实现CsPbBr₃标准蓝光发射的报道出现；二是该方法仍然很难实现全蓝光光谱范围覆盖，即不具有发光轻易可调性。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高量子产率的蓝光钙钛矿，该蓝光钙钛矿量子产率高，具有发光可调性，可以实现全蓝光光谱范围覆盖。

本发明的第二目的在于提供一种高量子产率的蓝光钙钛矿的制备方法。该制备方法通过PrCl₃掺杂对钙钛矿表面进行优化，使制得的钙钛矿表面空位缺陷钝化，表面配体减少，减少了非辐射复合，增加了本征辐射复合，提升了量子产率。

本发明的第三目的在于提供一种高量子产率的蓝光钙钛矿在太阳能电池，光电探测和发光显示材料中的应用。

本发明是这样实现的：

一种高量子产率的蓝光钙钛矿的制备方法，包括如下制备步骤：将铯源与长链配体混合，得到前驱体，然后将金属卤化物ABr_a与长链配体混合，得到第一混合液，再将第一混合液与前驱体混合反应，收集沉淀得到第一钙钛矿溶液；