[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710733302.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN107611230A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐駿;劉婧婧;李東珂;季陽(yáng);吳仰晴;林澤文;陳坤基
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/06;H01L33/14;H01L33/26;B82Y30/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電致發(fā)光器件，尤其是一種基于硅襯底材料的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制備，利用ZnO和Si基材料分別作為電子和空穴傳輸層；本發(fā)明尤其是涉及采用交流驅(qū)動(dòng)模式提高鈣鈦礦器件的穩(wěn)定性和發(fā)光效率。

二、背景技術(shù)

近年來(lái)，鹵素鈣鈦礦材料在太陽(yáng)能電池方面取得了巨大進(jìn)展而引起人們的廣泛關(guān)注。另外，鈣鈦礦也具有一些其他性能，例如高的載流子遷移率、低的烏爾巴赫能量、小的斯托克位移、低的陷阱密度以及長(zhǎng)的擴(kuò)散長(zhǎng)度，這些性能使鈣鈦礦材料在光電器件應(yīng)用中有著重大的潛力。特別是，鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光產(chǎn)率高、發(fā)射峰較窄并且發(fā)射峰的位置可以通過組分和尺寸調(diào)控，有利于實(shí)現(xiàn)全色彩發(fā)光二極管。研究者為提高鈣鈦礦發(fā)光二極管的性能也做出了許多努力。但是，由于器件內(nèi)部電子和空穴傳輸層大多是有機(jī)材料，這些材料對(duì)水和氧氣非常敏感，是影響器件的穩(wěn)定性的主要原因之一。

為了提高器件的穩(wěn)定性，首先選用穩(wěn)定性較好的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)CsPbX₃(X＝Cl，Br，I)。其次器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選用合適的電子和空穴傳輸層。利用穩(wěn)定性較好的無(wú)機(jī)材料代替穩(wěn)定性較差的有機(jī)材料。硅(Si)作為當(dāng)前最重要的一種元素半導(dǎo)體材料，是現(xiàn)代微電子產(chǎn)業(yè)的基石,具有成熟的制備工藝。通過構(gòu)筑硅基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，將具有優(yōu)良發(fā)光性能的鈣鈦礦材料和硅材料結(jié)合起來(lái)制備出高效率的電致發(fā)光器件可以推動(dòng)大面積硅基光電集成的發(fā)展。我們構(gòu)筑了一種新型結(jié)構(gòu)的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子/硅異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管。ZnO和p-Si分別作為器件的電子和空穴傳輸層，ITO和Al分別作為陰極和陽(yáng)極。得到紅光和綠光兩種電致發(fā)光器件，由于紅光量子點(diǎn)CsPbI₃與硅形成較低的勢(shì)壘，所以，開啟電壓低于綠光器件。我們對(duì)比了直流和交流條件下器件發(fā)光性能，發(fā)現(xiàn)在較高電流密度下，交流偏置減少界面處的電荷積累，可以降低器件發(fā)光性能的衰減。

三、發(fā)明內(nèi)容

為了解決器件的性能，本發(fā)明目的是，提供一種新型結(jié)構(gòu)的低開啟電壓、低成本的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電致發(fā)光器件及制備方法，適應(yīng)于交流驅(qū)動(dòng)提高器件的穩(wěn)定性和發(fā)光效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件；所述鈣鈦礦電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)自下而上分別為陽(yáng)極層、空穴傳輸層-電子阻擋層、發(fā)光層、電子傳輸-空穴阻擋層和陰極層；空穴傳輸層-電子阻擋層為Si基材料，包括p-Si、p-Si+SiO₂、p-Si+SiC、p-Si+SiN以及非晶硅等，包括這些但不限于這些；發(fā)光層為全無(wú)機(jī)鈣鈦礦CsPbX₃，X為一元鹵素元素或多元鹵素元素的組合(X＝Cl，Br，I)，所使用的代表材料性分子式為CsPbCl₃，CsPbBr₃，CsPbI₃，CsPbBr_3-xI_x，CsPbBr_3-xCl_x。

典型的構(gòu)成：陽(yáng)極Al，空穴傳輸層-電子阻擋層p-Si或p-Si+SiO₂，發(fā)光層CsPbX₃，電子傳輸層-空穴阻擋層ZnO，陰極ITO。

全無(wú)機(jī)鈣鈦礦致電發(fā)光器件的制備方法：

1)清洗干凈的p-Si或p-Si+SiO₂作為空穴傳輸-電子阻擋以及襯底；

2)利用PECVD或者磁控濺射方法在p-Si或p-Si+SiO₂上分別生長(zhǎng)SiO₂、SiN、SiC硅基材料(包括這些但不限于這些硅基材料)。

3)Si襯底的背面熱蒸發(fā)Al薄膜作為陽(yáng)極；

4)合金化Al薄膜，在管式爐N₂保護(hù)氣氛中400±30℃保溫30±5min；

5)在Si襯底正面旋涂鈣鈦礦量子點(diǎn)(厚度范圍30nm-150nm)；

6)鈣鈦礦量子點(diǎn)放入烘箱中60±10℃、3±1min干燥；

7)磁控濺射ZnO薄膜(厚度范圍30nm-100nm)；

8)磁控濺射ITO薄膜(厚度范圍150nm-400nm)；

9)分別用直流交流驅(qū)動(dòng)測(cè)試器件性能，交流驅(qū)動(dòng)條件如下：(1)方波驅(qū)動(dòng)頻率10HZ-100MHZ包括此范圍但不限于此,占空比20％-80％包括此范圍但不限于此(2)正弦波驅(qū)動(dòng)頻率10HZ-100MHZ包括此范圍但不限于此。交流驅(qū)動(dòng)類型包括正弦波和方波驅(qū)動(dòng)但不限于此。

本發(fā)明的有益效果：