[发明专利]一种卷对卷层压式钙钛矿LED及其制备方法

说明书

本发明属于先进材料技术领域，具体为一种卷对卷层压式钙钛矿发光二极管及其制备方法。本发明采用有氧化铟锡（ITO）导电薄膜覆盖的柔性衬底，其中一片作为阳极，另一片作为阴极；阳极ITO导电柔性衬底表面制备空穴传输层和钙钛矿发光层，阴极ITO导电柔性衬底表面制备电子传输层和钙钛矿发光层；两片柔性衬底对向放置，将钙钛矿发光层贴合，通过加压加热，使两片柔性衬底上的钙钛矿紧密贴合为一体，得到完整结构的钙钛矿发光二极管。本发明通过加压和加热，实现卷对卷层压式钙钛矿发光二极管的制备，在卷对卷印刷钙钛矿器件的产业化方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于先进材料技术领域，具体涉及卷对卷层压式钙钛矿LED及其制备方法。

背景技术

钙钛矿，是指具有ABX₃结构的材料，A为一价阳离子，B为二价金属阳离子，一般为Pb²⁺，X指卤素，为Cl、Br、I。钙钛矿结构的最重要特征是半径大小相差悬殊的离子可以稳定共存于同一结构。钙钛矿材料由于其优异的性能，在光电领域有很大的发展前景。钙钛矿分为两大类，有机无机杂化钙钛矿CH₃NH₃PbX₃和纯无机钙钛矿CsPbX₃。钙钛矿材料具有极高的光致荧光量子产率，窄的光谱线宽，极宽的色域，且可以通过改变卤素X，实现全可见光光谱调节。这些良好的性能，使钙钛矿有望成为下一代发光器件的主导者。

传统钙钛矿发光二极管采用玻璃基板，其刚性、不可折叠的特点，限制了使用范围。柔性衬底上钙钛矿薄膜的制备方法有溶液旋涂法、气相沉积法、喷涂法、真空蒸镀法、印刷法等。溶液旋涂法，是将钙钛矿前驱体溶液，通过旋转、涂布、退火等，形成钙钛矿薄膜，方法简单、成本低廉。气相沉积法制备柔性钙钛矿发光二极管，通过气体反应生成钙钛矿，沉积在衬底，厚度可控，可制备高质量薄膜。喷涂工艺包含是使液滴在基底聚集成湿膜再干燥，可快速生产、高效利用材料。真空蒸镀法利用在真空环境下，在热壁沉积腔内，气态有机分子从源处传输、沉积在低温衬底处，有效避免了衬底的高温，可以实现柔性衬底上镀膜。印刷法是将钙钛矿前驱体溶液和有机聚合物混合均匀印刷在基底上，可实现大面积制备金属卤素钙钛矿薄膜。

传统的卷对卷生产线包含清洗、打印、涂布、退火、组件一系列流程，可以在柔性衬底上制备钙钛矿发光二极管。但是，传统的卷对卷生产方式存在与钙钛矿薄膜制备方法不兼容、层间互溶、空气易对钙钛矿薄膜产生破坏等问题。如果要用于产业生产，该方法仍需进一步改善提高。

钙钛矿制备方法有溶液旋涂、气相沉积法、喷涂法、真空蒸镀法、印刷法等，每种方法对与钙钛矿接触的上层和下层界面有不同要求，若采用传统的卷对卷工艺，则会使钙钛矿上下层界面材料和处理方法受限制。本发明中，钙钛矿只需与一个界面接触，另一个界面是钙钛矿本身，所以上下层界面材料限制减少，可以采用多种方法制备钙钛矿薄膜，与钙钛矿薄膜制备方法兼容。

由于钙钛矿材料的敏感性，制备器件中存在钙钛矿的接触层溶解、破坏钙钛矿的问题，本发明中，钙钛矿是相对而置，其上层只接触钙钛矿材料本身，可以有效避免层间互溶问题。

传统卷对卷的生产方式将钙钛矿暴露在空气中，使得钙钛矿容易被破坏而失效。本发明中，是将衬底卷曲，相对而置，器件两端均为衬底，可以有效隔绝空气中的杂质、水、氧等，形成自封装结构，有效减少空气对钙钛矿薄膜的破坏。

本发明提出一种卷对卷层压式钙钛矿发光二极管的制备方法，是将衬底卷曲，通过滚筒将薄膜贴合，在传统的卷对卷工艺上增加层压环节，即利用压力和温度对钙钛矿薄膜结合的影响，使钙钛矿薄膜紧密结合为一体，形成器件，兼具低成本与高产量，在柔性器件加工有广阔应用前景。本发明的器件传输层、钙钛矿发光层可使用多种方法制备，与主流钙钛矿发光二极管制备方法兼容；可避免上层溶剂对钙钛矿的破坏；器件两端均为衬底，可形成自封装结构，有效降低空气中水、氧、杂质的破坏。本发明巧妙利用同时加热加压对钙钛矿薄膜结晶的影响，与产业界卷对卷工艺结合，制备层压式钙钛矿发光二极管，实现低成本、高产量制备柔性钙钛矿发光二极管。