[发明专利]一种钙钛矿/氧化锌异质结构发光材料及其制备方法

说明书

本发明为一种钙钛矿/氧化锌异质结构发光材料及其制备方法，该发光材料包括钙钛矿纳米晶和包覆在钙钛矿纳米晶表面的氧化锌。通过有机锌与修饰有机羧酸根配体的钙钛矿相结合在钙钛矿表面形成氧化锌过渡层，再结合氧源反应逐步生长形成钙钛矿/氧化锌异质结构。钙钛矿/氧化锌II型异质结构纳米晶材料波长调控步长1nm，能获得近紫外、可见光、到近红外光谱连续可调，且稳定的钙钛矿纳米晶。所制备的钙钛矿/氧化锌异质结构纳米晶较传统I基以及Br/I混杂的黄、橙和红光钙钛矿纳米晶的稳定性得到较大提升。

技术领域

本发明涉及一种高效稳定、光谱可调的钙钛矿/氧化锌异质结构发光材料及其制备方法，应用于光电器件技术领域。

背景技术

全无机钙钛矿纳米晶因其具有高荧光量子效率，发光光谱覆盖整个可见光波段，发光线宽窄，合成方法简单等优异的光电特性，使其成为新一代照明和显示领域具有良好应用的发光材料。经过近几年的发展，铅卤钙钛矿纳米晶主要聚集在绿光钙钛矿纳米晶(发射波长在520nm左右)上，目前已取得较大的进展且稳定性也有较大的提升，而黄光和近红外范围的钙钛矿也是全谱显示和照明的关键材料之一，但是该结构的钙钛矿纳米晶由于含碘量的增加使其在空气中容易分解不稳定，这很大程度限制了其在工业化方面应用的进程。因此亟待加强黄光和近红光光谱的研究。

目前钙钛矿纳米晶实现波长调控有三种手段：

1.通过调控卤素成分Br/I比例获取红光波段，虽然此类材料具有较高的光学性能，但是由于I基钙钛矿纳米晶存在表面缺陷和晶格结构不完整使其材料极其不稳定，因此在制备、储存、和使用过程中对环境的要求极其苛刻，极大的限制了其应用；

2.稀土过渡金属掺杂以实现纳米晶发光波段的调控，此种方法能够提升钙钛矿纳米晶的光学性能和稳定性，但是其展宽较大，发光波长可调性不佳，限制了其在显示方面的应用；

3.构建异质结构，在钙钛矿纳米晶表面生长带隙宽度较大的半导体如ZnS、CdS、PbS、TiO₂或ZrO₂等形成异质结构，通过控制半导体在界面处的能带排列来调节发射波长，稳定性虽得到一定提升，但是目前所采用的半导体导带接近或高于钙钛矿纳米晶，所以光谱可调范围有限，仍然需要掺杂碘元素来获得橙红光波段波长。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种发光性能稳定且光谱连续可调的钙钛矿/氧化锌异质结构发光材料及其制备方法。该发光材料通过在修饰有机羧酸根配体的钙钛矿纳米晶表面外延生长宽禁带半导体氧化锌，形成钙钛矿/氧化锌II型异质结构纳米晶材料。其中有机锌源通过与钙钛矿表面的羧酸根配体反应结合在钙钛矿表面形成氧化锌过渡层、再进一步与氧源反应后通过逐步生长形成钙钛矿/氧化锌异质结构。此种钙钛矿/氧化锌II型异质结构在纯Br基钙钛矿生长氧化锌能够实现波长控制在520-690nm范围内、在Cl/Br混杂的钙钛矿基础上生长氧化锌波长可控制在400-690nm范围内、在Br/I混杂的钙钛矿基础上波长可控制在550-750nm范围内。对应的纳米晶材料即在该区间内能够得到任意波长，波长调控步长1nm，从而实现近紫外、可见光、到近红外光谱连续可调，且稳定的钙钛矿纳米晶。所制备的钙钛矿/氧化锌异质结构纳米晶较传统I基以及Br/I混杂的黄、橙和红光钙钛矿纳米晶的稳定性得到较大提升。

本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供一种发光性能稳定、光谱范围连续可调的钙钛矿/氧化锌异质结构发光材料，其特征在于，该发光材料包括钙钛矿纳米晶和包覆在钙钛矿纳米晶表面的氧化锌。

所述氧化锌的厚度为0.5nm～5nm，氧化锌在发光材料中呈晶态。

本发明第二方面提供一种钙钛矿/氧化锌异质结构发光材料，该发光材料为通过有机锌与修饰有机羧酸根配体的钙钛矿相结合在钙钛矿表面形成氧化锌过渡层，再结合氧源反应逐步生长形成的钙钛矿/氧化锌异质结构。通过在钙钛矿表面生长不同厚度的氧化锌，形成钙钛矿/氧化锌异质结构以实现发光光谱的红移和发光波长的可调。