[發明專利]一種卷對卷層壓式鈣鈦礦LED及其制備方法

在審

• 申請號: 201910982040.3
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110660925A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 楊碧琳;梁榮慶;區瓊榮;張樹宇
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/50
• 分類號: H01L51/50;H01L51/56;H01L51/00
• 代理公司: 31200 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于先進材料技術領域，具體為一種卷對卷層壓式鈣鈦礦發光二極管及其制備方法。本發明采用有氧化銦錫（ITO）導電薄膜覆蓋的柔性襯底，其中一片作為陽極，另一片作為陰極；陽極ITO導電柔性襯底表面制備空穴傳輸層和鈣鈦礦發光層，陰極ITO導電柔性襯底表面制備電子傳輸層和鈣鈦礦發光層；兩片柔性襯底對向放置，將鈣鈦礦發光層貼合，通過加壓加熱，使兩片柔性襯底上的鈣鈦礦緊密貼合為一體，得到完整結構的鈣鈦礦發光二極管。本發明通過加壓和加熱，實現卷對卷層壓式鈣鈦礦發光二極管的制備，在卷對卷印刷鈣鈦礦器件的產業化方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于先進材料技術領域，具體涉及卷對卷層壓式鈣鈦礦LED及其制備方法。

背景技術

鈣鈦礦，是指具有ABX₃結構的材料，A為一價陽離子，B為二價金屬陽離子，一般為Pb²⁺，X指鹵素，為Cl、Br、I。鈣鈦礦結構的最重要特征是半徑大小相差懸殊的離子可以穩定共存于同一結構。鈣鈦礦材料由于其優異的性能，在光電領域有很大的發展前景。鈣鈦礦分為兩大類，有機無機雜化鈣鈦礦CH₃NH₃PbX₃和純無機鈣鈦礦CsPbX₃。鈣鈦礦材料具有極高的光致熒光量子產率，窄的光譜線寬，極寬的色域，且可以通過改變鹵素X，實現全可見光光譜調節。這些良好的性能，使鈣鈦礦有望成為下一代發光器件的主導者。

傳統鈣鈦礦發光二極管采用玻璃基板，其剛性、不可折疊的特點，限制了使用范圍。柔性襯底上鈣鈦礦薄膜的制備方法有溶液旋涂法、氣相沉積法、噴涂法、真空蒸鍍法、印刷法等。溶液旋涂法，是將鈣鈦礦前驅體溶液，通過旋轉、涂布、退火等，形成鈣鈦礦薄膜，方法簡單、成本低廉。氣相沉積法制備柔性鈣鈦礦發光二極管，通過氣體反應生成鈣鈦礦，沉積在襯底，厚度可控，可制備高質量薄膜。噴涂工藝包含是使液滴在基底聚集成濕膜再干燥，可快速生產、高效利用材料。真空蒸鍍法利用在真空環境下，在熱壁沉積腔內，氣態有機分子從源處傳輸、沉積在低溫襯底處，有效避免了襯底的高溫，可以實現柔性襯底上鍍膜。印刷法是將鈣鈦礦前驅體溶液和有機聚合物混合均勻印刷在基底上，可實現大面積制備金屬鹵素鈣鈦礦薄膜。

傳統的卷對卷生產線包含清洗、打印、涂布、退火、組件一系列流程，可以在柔性襯底上制備鈣鈦礦發光二極管。但是，傳統的卷對卷生產方式存在與鈣鈦礦薄膜制備方法不兼容、層間互溶、空氣易對鈣鈦礦薄膜產生破壞等問題。如果要用于產業生產，該方法仍需進一步改善提高。

鈣鈦礦制備方法有溶液旋涂、氣相沉積法、噴涂法、真空蒸鍍法、印刷法等，每種方法對與鈣鈦礦接觸的上層和下層界面有不同要求，若采用傳統的卷對卷工藝，則會使鈣鈦礦上下層界面材料和處理方法受限制。本發明中，鈣鈦礦只需與一個界面接觸，另一個界面是鈣鈦礦本身，所以上下層界面材料限制減少，可以采用多種方法制備鈣鈦礦薄膜，與鈣鈦礦薄膜制備方法兼容。

由于鈣鈦礦材料的敏感性，制備器件中存在鈣鈦礦的接觸層溶解、破壞鈣鈦礦的問題，本發明中，鈣鈦礦是相對而置，其上層只接觸鈣鈦礦材料本身，可以有效避免層間互溶問題。

傳統卷對卷的生產方式將鈣鈦礦暴露在空氣中，使得鈣鈦礦容易被破壞而失效。本發明中，是將襯底卷曲，相對而置，器件兩端均為襯底，可以有效隔絕空氣中的雜質、水、氧等，形成自封裝結構，有效減少空氣對鈣鈦礦薄膜的破壞。

本發明提出一種卷對卷層壓式鈣鈦礦發光二極管的制備方法，是將襯底卷曲，通過滾筒將薄膜貼合，在傳統的卷對卷工藝上增加層壓環節，即利用壓力和溫度對鈣鈦礦薄膜結合的影響，使鈣鈦礦薄膜緊密結合為一體，形成器件，兼具低成本與高產量，在柔性器件加工有廣闊應用前景。本發明的器件傳輸層、鈣鈦礦發光層可使用多種方法制備，與主流鈣鈦礦發光二極管制備方法兼容；可避免上層溶劑對鈣鈦礦的破壞；器件兩端均為襯底，可形成自封裝結構，有效降低空氣中水、氧、雜質的破壞。本發明巧妙利用同時加熱加壓對鈣鈦礦薄膜結晶的影響，與產業界卷對卷工藝結合，制備層壓式鈣鈦礦發光二極管，實現低成本、高產量制備柔性鈣鈦礦發光二極管。