[发明专利]基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件及其制备方法，其步骤为：将空穴传输材料PEDOT:PSS溶液旋涂到洁净的ITO导电玻璃衬底上，并退火；将摩尔比为苯乙基碘化铵:碘化胍:碘化亚锡:氟化锡＝2(1‑x):2x:1:0.1溶解在二甲基亚枫中，其中，x取值为0.1~0.3，搅拌溶解获得钙钛矿前驱体溶液，其浓度为0.2~0.3 mol/L，在上述空穴传输层表面滴加该前驱体溶液进行旋涂，旋涂结束后将其进行退火；依次制备电子传输层、电子注入层和电极，得到所述的LED器件。本发明通过在前驱体溶液中添加GAI并调节其含量来改善无铅钙钛矿薄膜的表面形貌，与传统技术相比，此方法所获得的无铅钙钛矿薄膜更均匀、针孔孔隙更少、缺陷密度更低，显著提升了基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件性能。

技术领域

本发明涉及一种LED器件，特别涉及一种基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件及其制备方法，属于光电半导体材料与器件技术领域。

背景技术

APbX₃钙钛矿由于其成本较低、发光效率高、带隙可调等优点，被广泛应用于发光二极管（LED）、太阳能电池等领域。到目前为止，铅基钙钛矿LED的外量子效率（EQE）已经达到20%以上。但由于这种LED含有有毒重金属铅，严重限制了其商业化发展，因此，对环境友好型的无铅卤化物钙钛矿材料的研究至关重要。在此基础上，许多科研人员研究了无铅钙钛矿材料，如Bi、Sb和 Sn等，这些元素的应用不仅能有效的减少由于铅毒性对环境及人体的伤害，也为卤化物钙钛矿LED在可穿戴领域提供了广阔的发展前景。由于锡和铅在元素周期表中同属第IV主族元素，化学性质相似，且具有合适的带隙以及较高的电子传输率，被认为是最有希望替代铅的元素。因此，锡基钙钛矿材料成为近些年来研究的热点。对无铅钙钛矿薄膜LED而言，薄膜的质量在很大程度上影响其器件的性能。然而现有技术通过一步法旋涂制备的无铅钙钛矿薄膜，其针孔孔隙多、薄膜覆盖率低且晶粒尺寸小、薄膜质量差，很大程度上降低了基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件性能，阻碍了其产业化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件及其制备方法。通过小分子的A位掺杂补充空位，钝化表面缺陷态，减少缺陷态发光，改善无铅钙钛矿薄膜的表面形貌质量，从而有效提高基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件的性能。

本发明可通过如下技术方案实现：

一种基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件及其制备方法，包括如下步骤：

1） 空穴传输层的制备：将空穴传输材料PEDOT: PSS溶液旋涂到洁净的ITO导电玻璃衬底上，并退火；

2）无铅钙钛矿薄膜层的制备：将摩尔比为苯乙基碘化铵(PEAI): 碘化胍(GAI): 碘化亚锡(SnI₂): 氟化锡(SnF₂)＝2(1-x):2x:1:0.1溶解在二甲基亚枫(DMSO)中， x取值为0.1~0.3，x取值优选0.2，搅拌溶解获得钙钛矿前驱体溶液，其浓度为0.2~0.3 mol/L，在上述空穴传输层表面滴加该前驱体溶液进行旋涂，旋涂结束后将其进行退火；

3）LED器件的制备：依次制备电子传输层、电子注入层和电极，得到所述的基于无铅钙钛矿薄膜的LED器件。

优选地，洁净的ITO导电玻璃通过将ITO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗10～20min，然后将其置于加热板上升温至120~150℃加热15-20min，去除残余溶剂。

优选地，步骤1）中，PEDOT: PSS溶液的旋涂速度为3500～4500rpm；退火温度为130~150℃，退火时间为15~20min。

优选地，步骤2）中，将摩尔比为PEAI:GAI:SnI₂:SnF₂＝2(1-x):2x:1:0.1溶解在DMSO中，x取值为0.1~0.3，在室温下磁力搅拌2h溶解后获得钙钛矿前驱体溶液，其浓度为0.25mol/L。