[发明专利]一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明提供一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法，包括纳米球预处理、制备纳米球阵列、基板制备、等离子体刻蚀处理、TiOsubgt;2/subgt;溶胶制备、构造核壳结构超表面、钙钛矿前驱液制备和钙钛矿复合薄膜成型等步骤。本发明开发构造核壳结构超表面制备工艺，每个单元以纳米球为核心在基板上，金属氧化物涂层覆盖在每个纳米球的外壳上，通过调整纳米球尺寸、涂层厚度和晶格尺寸，且由于周期性结构和低损耗的协同作用，相邻共振有效地增强了共振峰的幅值，显著提高亮度、纯度和对比度。当共振峰调谐到钙钛矿纳米晶的本征发射峰时，本征光致发光强度达到最大幅度的增加。聚合物封装后的钙钛矿纳米晶的稳定性也显著提高。在高端照明和显示领域展示出巨大潜力。

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及光电子材料制备领域，尤其涉及一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

液晶显示(LCD)已成为人类显示技术发展史上的一个重要里程碑(Nat.Mater.14(2015)454-458)。与高端有机发光二极管(OLED)显示器相比，虽然LCD在对比度、黑色表现力、色域、薄型和柔韧性等方面仍有一定差距，但凭借其稳定性高、寿命长、护眼、成本低、无烧屏和频闪问题仍是目前主流的显示技术之一(Light Sci.Appl.7(2018)17168-17168)。即使LCD屏幕的整体素质不逊色于OLED屏幕，其广色域和色彩饱和度仍然面临巨大挑战(Adv.Mater.22(2010)3076-3080)。因此，需要开发用于LCD的高性能白光发光二极管(WLED)背光源。目前，商用LCD一般采用InGaN蓝光芯片激发黄色YAG：Ce³⁺荧光粉或绿色Eu²⁺：β-SiAlON和红色Mn⁴⁺：K₂SiF₆荧光粉，以实现白色背光(Prog.Mater.Sci.84(2016)59-117；Chem.Mater.30(2018)494-505；Nat.Commun.5(2014)4312)。这种方法制造的背光的色域和饱和度略低，不能满足高端显示器的应用需求(Light Sci.Appl.6(2017)16271)。

作为替代方案，钙钛矿纳米晶体(CsPbX₃ PNCs，X＝I，Br，Cl)因其在制备流程、色纯度、成本、可调谐光致发光(PL)光谱范围方面具有优于有机荧光材料和传统NCs的光学特性而在显示器领域引起更多关注。不幸的是，钙钛矿卤化物材料由于其固有的离子晶体特征和低形成能会在外部刺激(如水分、光和热)下发生降解，且相应薄膜发光效率低，这些阻碍了钙钛矿基器件的发展(ACS Energy Lett.6(2021)519-528；Adv.Funct.Mater.31(2021)2008211)。到目前为止，已经采用了很多策略来解决发光产率的限制(Adv.Mater.29(2017)1604268；Nano Lett.20(2020)7906-7911)，这些策略的实现基本上是基于电子束光刻(EBL)和聚焦离子束(FIB)等技术。近90％的报告使用这种策略来制作样品，具有良好准确性、高可靠性和可重复性等优点，但仍然存在加工面积有限、成本高、复杂度高、耗时长等缺点(Adv.Opt.Mater.9(2021)2001474)。此外，光、氧气和水分会导致PNCs分解或再生，导致荧光猝灭和光谱偏移(Chem.Soc.Rev.48(2019)310-350)。因此，钙钛矿相关的光电器件还需要有利的封装来消除它们的聚集和再生长。

钙钛矿纳米晶体(PNCs)由于其优异的光学性能，有望替代背光显示器中传统的荧光粉颜色转换层，可以增强显示器的色域和饱和度。然而，稳定性差和发光效率低阻碍了钙钛矿基器件的发展。

发明内容

技术问题：有鉴于此，本发明的目的是提供一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法，结合大面积制造的可扩展性，具有成本效益的弱无序超表面是一种有效的方法，可以弥补高效实验室演示和商业化显示器之间的差距，促进其工业化生产。

技术方案：本发明的目的是提供一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法具体包括以下步骤：