一种GaN半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管及其制备方法与流程

一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。


背景技术：

2.现有技术中，卤化铅钙钛矿amx3(其中a＝ch3nh
3
，ch(nh
2)2
，cs

；m＝pb
2
，sn
2
；x＝i
‑
，br
‑
，cl
‑
)由于其高外部量子效率(eqe)，从1％以下发展到20％，可调色特性，窄带发射和溶液易于制备等优点在低成本照明、高分辨显示器领域的巨大前景引起了全球的关注。钙钛矿型发光二极管(peleds)通常由阳极/空穴传输层(htl)/钙钛矿发射层(eml)/电子传输层(etl)/阴极组成，界面工程是提高设备性能的最关键的策略之一，特别是在阴极/etl的接口上。这是因为etl和电极之间总是存在能级不匹配，会影响电子和空穴注入的平衡，导致器件的量子效率降低。
3.etl不仅被专门设计用于提取光电流，而且还需要表现出与其他peleds结构相称的化学和物理特性，如化学耐久性、界面特性、热/电导率，能带对准，光学特性(例如，折射率和透光率)。tio2、zno、pedot是etl的最初材料，然而，这些材料有几个缺点，如较差的电子迁移率，酸碱溶液中的化学不稳定性，与钙钛矿层的反应能力，以及难以调节能带结构等。
4.氮化镓(gan)具有优良的光学和电学性能，其直接带隙(eg～3.4ev)，透过率超过整个可见波长的82％，电子迁移率高等。此外，gan的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性使发光二极管(leds)、激光二极管(lds)、和光电探测器(pds)得以实际应用。随着维数的降低，二维gan的能带变宽。二维gan量子尺寸效应明显，呈现较好的导电特性。随二维gan层数的增加，对光的反射特性越来越好。多孔gan单晶材料除了兼具单晶材料的优点外还有以下潜在突出优势：(1)多孔结构有利于gan与钙钛矿材料充分接触，可以保证最大程度的光生电荷分离和电荷注入的发生；(2)多孔结构的gan具有带隙可调的特性，更能与钙钛矿和阴极结构匹配。因此，gan材料作为发光二极管的电子传输层能够提高器件的量子效率，是合适的选择。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管及其制备方法。本发明基于不同类型的gan材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管，自下而上包括导电玻璃层(ito)、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属对电极层。本发明采用简单的旋涂工艺，并将多孔结构的gan半导体单晶作为钙钛矿发光二极管的电子传输层，增大了与钙钛矿层接触面积，同时减缓钙钛矿层的分解，提高稳定性。因此，本发明采用以下技术方案：
6.一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备方法，包括以下
步骤：
7.(1)将致密的氧化镍薄膜从氧化镍靶材上采用磁控溅射法溅射到ito导电玻璃上；
8.(2)在步骤(1)的nio基底上采用浸泡旋涂法旋涂ch3nh3pbbr3或ch3nh3pbi3钙钛矿前驱体溶液，沉积结束后迅速转移至预热的加热台上使钙钛矿结晶制得ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbi3钙钛矿光发射层；
9.(3)将gan悬浊液以1500
‑
3500r/min的速度旋涂到钙钛矿层上，旋涂时间是20
‑
40s，静置一段时间使无水乙醇挥发，完成电子传输层的制备；
10.(4)通过电极蒸镀仪将金电极蒸镀到所述步骤(3)制备的电子传输层上，金电极厚度为80nm，获得gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管。
11.优选的，所述步骤(2)中要提前在n,n
‑
二甲基亚酰胺(dmf，sigma
‑
aldrich，99.8％)和二甲基亚砜(dmso，sigma
‑
aldrich，99.8％)混合溶液中制备ch3nh3pbbr3和ch3nh3pbi3溶液。
12.优选的，所述步骤(2)中旋涂速度是2000
‑
5000r/min，旋涂时间是40
‑
80s，在第30
‑
50s时滴加反溶剂氯苯。
13.优选的，所述步骤(2)中加热台温度为80
‑
120℃，保温时间40
‑
80min。
14.优选的，所述步骤(3)中gan电子传输层包括：gan纳米多晶颗粒，gan纳米单晶颗粒，二维gan单晶片，多孔二维gan单晶片。
15.优选的，所述步骤(3)中所述多孔gan悬浊液的制备方法，步骤为：将gan材料溶解于无水乙醇中，然后超声处理，使其分散成gan悬浊液。
16.优选的，所述步骤(3)中旋涂速度是2000r/min，旋涂时间是25s。
17.优选的，所述步骤(4)中电极是金，电极厚度为50
‑
100nm。
18.本发明还包括，通过上述方法获得的gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管。
19.本发明与现有技术相比具有以下优点：
20.本发明采用简单的旋涂工艺，并将二维gan材料或多孔结构的gan半导体材料作为钙钛矿发光二极管的电子传输层，增大了与钙钛矿层接触面积，同时减缓钙钛矿层的分解，提高稳定性。
附图说明
21.图1为本发明钙钛矿型发光二极管的结构示意图；
22.图2为二维gan单晶片的sem扫描图；
23.图3为ch3nh3pbbr3与多孔gan复合后的红外光谱图；
24.图4为ch3nh3pbbr3与多孔gan复合后的xps全谱图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
26.实施例1：一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备方法
27.步骤如下:
28.(1)用洗涤剂、丙酮、异丙醇、去离子水依次对ito涂层玻璃清洗15min，然后在紫外臭氧中处理20min。
29.(2)将致密的氧化镍薄膜从氧化镍靶材上采用磁控溅射法溅射到ito导电玻璃上；
30.(3)在n2手套箱中，将100ul ch3nh3pbbr3前驱体溶液以4000rpm的速度旋涂到nio基底上45s，在第30s时快速加入200ul反溶剂氯苯；随后，样品在100℃加热台上保温15min，使钙钛矿结晶制得ch3nh3pbbr3钙钛矿光发射层；
31.钙钛矿前驱体溶液的制备：将367mg的pbbr2和112mg的甲基溴化铵(mabr)溶解在700ul dmf和78ul dmso混合溶液中，放在磁力搅拌器上搅拌1h，制备出mapbbr3钙钛矿前驱体溶液。dmf：dmso的体积比为9：1。
32.(4)将100ulgan纳米多晶分散液以2000rpm的速度旋涂到钙钛矿层上20s，随后，样品静置一段时间使样品中的无水乙醇挥发；
33.gan纳米多晶分散液的制备：将1g gan纳米多晶颗粒溶解于1ml无水乙醇中，然后超声处理30min，使其分散。
34.(5)通过电极蒸镀仪将金电极蒸镀到所述制备的电子传输层上，电极厚度为80nm，完成gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备。
35.实施例2：一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备方法
36.步骤如下:
37.(1)用洗涤剂、丙酮、异丙醇、去离子水依次对ito涂层玻璃清洗15min，然后在紫外臭氧中处理20min。
38.(2)将致密的氧化镍薄膜从氧化镍靶材上采用磁控溅射法溅射到ito导电玻璃上；
39.(3)在n2手套箱中，将100ul ch3nh3pbi3前驱体溶液以4000rpm的速度旋涂到nio基底上45s，在第30s时快速加入200ul反溶剂氯苯。随后，样品在100℃加热台上保温15min，使钙钛矿结晶制得ch3nh3pbi3钙钛矿光发射层；
40.钙钛矿前驱体溶液的制备：将460mg的pbi2和159mg的甲基碘化铵(mai)溶解在700ul dmf和78ul dmso混合溶液中，放在磁力搅拌器上搅拌1h，制备mapbi3钙钛矿前驱体溶液。dmf：dmso的体积比为9：1。
41.(4)将100ul gan纳米单晶分散液以2000rpm的速度旋涂到钙钛矿层上20s，随后，样品静置一段时间使样品中的无水乙醇挥发。
42.gan纳米单晶分散液的制备：将1g gan纳米单晶颗粒溶解于1ml无水乙醇中，然后超声处理30min，使其分散。
43.(5)通过电极蒸镀仪将金电极蒸镀到所述制备的电子传输层上，电极厚度为80nm，完成gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备。
44.实施例3：一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备方法
45.步骤如下:
46.(1)用洗涤剂、丙酮、异丙醇、去离子水依次对ito涂层玻璃清洗15min，然后在紫外臭氧中处理20min。
47.(2)将致密的氧化镍薄膜从氧化镍靶材上采用磁控溅射法溅射到ito导电玻璃上。
48.(3)在n2手套箱中，将100ul ch3nh3pbi3前驱体溶液以4000rpm的速度旋涂到nio基底45s，在第30s时快速加入200ul反溶剂氯苯。随后，样品在100℃加热台上保温15min，使钙钛矿结晶制得ch3nh3pbi3钙钛矿光发射层；
49.钙钛矿前驱体溶液的制备：将460mg的pbi2和159mg的甲基碘化铵(mai)溶解在700ul dmf和78ul dmso混合溶液中，放在磁力搅拌器上搅拌1h，制备mapbi3钙钛矿前驱体溶液。dmf：dmso的体积比为9：1。
50.(4)将100ul二维gan单晶片分散液以2000rpm的速度旋涂到钙钛矿层上20s，随后，样品静置一段时间使样品中的无水乙醇挥发。
51.二维gan单晶片分散液的制备：将1g二维gan单晶片溶解于1ml无水乙醇中，然后超声处理30min，使其分散。
52.(5)通过电极蒸镀仪将金电极蒸镀到所述制备的电子传输层上，电极厚度为80nm，完成gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备。
53.实施例4：一种gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备方法
54.步骤如下:
55.(1)用洗涤剂、丙酮、异丙醇、去离子水依次对ito涂层玻璃清洗15min，然后在紫外臭氧中处理20min。
56.(2)将致密的氧化镍薄膜从氧化镍靶材上采用磁控溅射法溅射到ito导电玻璃上。
57.(3)在n2手套箱中，将100ul ch3nh3pbbr3前驱体溶液以4000rpm的速度旋涂到nio基底上45s，在第30s时快速加入200ul反溶剂氯苯。随后，样品在100℃加热台上保温15min，使钙钛矿结晶制得ch3nh3pbbr3钙钛矿光发射层；
58.钙钛矿前驱体溶液的制备：将367mg的pbbr2和112mg的甲基溴化铵(mabr)溶解在700ul dmf和78ul dmso混合溶液中，放在磁力搅拌器上搅拌1h，制备出mapbbr3钙钛矿前驱体溶液。dmf：dmso的体积比为9：1。
59.(4)将100ul多孔二维gan单晶分散液以2000rpm的速度旋涂到钙钛矿层上20s，随后，样品静置一段时间使样品中的无水乙醇挥发。
60.多孔二维gan单晶分散液的制备：将1g多孔二维gan单晶片溶解于1ml无水乙醇中，然后超声处理30min，使其分散。
61.(5)通过电极蒸镀仪将金电极蒸镀到所述制备的电子传输层上，电极厚度为80nm，完成gan半导体材料作为电子传输层的钙钛矿发光二极管的制备。
62.试验例：
63.经检测：二维gan单晶片的sem扫描图如图2所示；ch3nh3pbbr3与多孔gan复合后的红外光谱图如图3所示；ch3nh3pbbr3与多孔gan复合后的xps全谱图如图4所示。