[发明专利]基于无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共晶结构的光学薄膜

说明书

本发明公开了基于无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共晶结构的光学薄膜，其特征在于：光学薄膜是由无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共同分散于有机溶剂中，构成复合分散液；复合分散液通过浸渍提拉、喷墨打印或旋涂工艺成膜，即获得基于无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共晶结构的光学薄膜。本发明光学薄膜的成分可以基于复合分散液的组分得到量化控制，形成共晶结构，为薄膜的功能化应用提供多重有益效果：可提高量子点材料的荧光量子效率与化学稳定性；可基于该体系设计材料的吸收特性与光物理过程，应用于对高能量射线的探测；高迁移率的共轭小分子材料可降低电流驱动情形下电荷注入与传输造成的能量损耗。

技术领域

本发明涉及全无机钙钛矿量子点材料领域，特别涉及一种卤族钙钛矿量子点与小分子有机半导体的复合材料体系。

背景技术

全无机金属卤化物钙钛矿材料CsPbX₃(X＝Cl，Br，I，Cl/Br，Br/I)以及它们的量子点材料具有优异的光学性能受到了广泛的关注，尤其是溶液法工艺制备的卤族钙钛矿材料，将应用于发展下一代成本低，高性能的光电子器件。特别引起关注的是，基于这类钙钛矿材料的光伏器件，其能量转换效率高达20％；但是，钙钛矿量子点与人们熟知的CdSe量子点相比，吸收截面σ小很多(近一个数量级，NanoLett-2016,Nikolay S.Makarov)，因此在光致发光应用中，基于CsPbX₃等钙钛矿量子点的材料体系需要解决吸收瓶颈问题。钙钛矿量子点作为电致发光材料，具有亮度高和色域广的优势，但是存在导电性能差的问题。现有卤族钙钛矿材料大多采用复合体系来解决在应用中遇到的这些问题，复合体系的设计大都是通过引入第二种组分来提高发光材料的光辐射量子效率或者是改善薄膜形貌。例如：采用交替蒸镀法分别蒸镀不同厚度的CsBr与PbBr₂材料，再经过退火形成组分可控的CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆复合体系，该体系中CsPbBr₃是唯一的发光材料，但是通过优化Cs₄PbBr₆的复合比例，复合薄膜光致发光亮度最大可达到纯CsPbBr₃薄膜亮度的1.7倍。该技术方案存在的问题是CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆的复合薄膜的制备工序复杂，复合薄膜的组分难以量化控制。同样采用薄膜形态的CsPbBr₃，并且通过引入微量聚环氧乙烷(PEO)改善薄膜形貌，可以大幅提高电致发光的量子效率(～4％)和发光亮度，但是这种薄膜的电荷传输能力还有待提高。另外，上述现有方法，由于材料的光吸收系数低，且吸收与荧光特性无法独立设计，因此不能满足高效光致发光和光电探测器件的应用要求。

本发明研究发现，高迁移率的共轭有机小分子，如2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)可以与CsPbBr₃量子点共同溶解在多种有机溶剂中，组分可以精确而均匀地获得控制；特别重要的是，伴随着小分子材料在溶液环境中取向生长形成高度取向结晶的薄膜，其迁移率可以达到1cm²/Vs以上，同时作为发光材料的立方相量子点也可以获得明显的取向；作为小分子有机半导体材料，其吸收特性还可以通过改变分子结构进行设计。具体的，C8-BTBT分子在低温下可自组装形成晶体薄膜，空穴迁移率高达43cm²/Vs。C8-BTBT可与经过表面修饰的金属形成低电阻的欧姆接触，降低器件中载流子的注入势垒，适合应用于制备工艺和结构更简单的电致发光器件。此外，作为调控量子点荧光和光敏特性的复合基质，C8-BTBT还具有化学稳定性高的优点。

发明内容

为进一步提升量子点发光强度，并为改善发光器件光子能量吸收效率提供途径，本发明提供了基于无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共晶结构的光学薄膜，旨在利用钙钛矿量子点材料与共轭有机小分子晶格相匹配的特点，提高量子点对激发光吸收效率，增强荧光强度。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：