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一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法及应用

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-08-21 14:26:31

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-08-21 14:26:31

本发明的目的在于提供一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法,通过将交流电引入到基于混合卤素钙钛矿材料的电致发光器件的驱动电场中,利用交流电正反向电压对钙钛矿中的卤素的离子迁移进行抑制和回复,稳定钙钛矿的结构相,与现有技术相比能够有效稳定混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱。本发明能够有效抑制混合卤素在电场下的离子迁移效应,得到稳定的发光光谱。为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法,其特征在于,该方法是先以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件,通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压,能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程,稳定该二极管器件的发光光谱,即,稳定所述混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱;

本发明属于半导体材料及器件领域,公开了一种稳定混合卤素钙钛矿材料电致发光光谱的方法及应用,该方法是先以混合卤素钙钛矿发光材料作为发光层材料构建发光二极管器件,通过向该二极管器件施加交流电作为工作电压,能够抑制所述混合卤素钙钛矿发光材料在电场下的卤素漂移和分相过程,稳定该二极管器件的发光光谱,稳定混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱;其中,交流电中的正向电压波形能够驱动二极管器件工作,反向电压波形能够驱动二极管器件内离子迁移。本发明通过引入交流电,利用交流电正反向电压对钙钛矿中的卤素的离子迁移进行抑制和回复,稳定钙钛矿的结构相,与现有技术相比能够有效稳定混合卤素钙钛矿材料的电致发光光谱。

卤素钙钛矿材料是近年来倍受关注的光电子材料,在太阳能电池(PV),发光二极管(LED),光学探测,催化等多方面都有着广泛的应用。卤素钙钛矿材料中,最具有代表性的是ABX3单钙钛矿结构材料。其中A是有机胺或无机碱金属,例如甲胺,Cs等,B是可形成配位八面体的金属阳离子,例如Pb2+,Sn2+等,目前也有以三价离子(Bi3+,Sb3+等)代替B位以形成低维度的钙钛矿结构,X代表着卤素,I-,Br-或Cl-。

钙钛矿的杰出的性能归因于它们优异的本征性能,例如在发光领域,基于材料本身在390-790nm可见光光谱范围内吸收,具备超大的光吸收系数,超低的体积缺陷密度,缓慢的俄歇复合以及平衡的双极性传输等特性,使得钙钛矿材料在高发光效率方面取得显著优势,荧光量子产率接近100%,外量子效率超过20%。

目前有很多团队在此领域都做出了重大贡献,成功获得了功能性钙钛矿LED(PeLED)。所获得器件的颜色可调性通常是通过改变晶体结构中的I /Br或Br/Cl比来实现红-绿-蓝三种发光。但是他们也报告了他们的混合卤素离子所获得红色LED在620nm和蓝色470nm处的显着颜色不稳定性,并且认为它是由离子迁移导致的相分离引起的。这个光谱漂移问题可能会让这些材料的商业化可行性成为空谈。要注意的是,许多研究MAPb(I/Br)3薄膜,太阳能电池和发光的小组之前已经报道了离子迁移和偏析的卤化物区域。已经通过来自MAPb(I/Br)3膜在强激发(即,高电荷密度)下的PL光谱观察到来自卤素分相区域的光致发光(PL)发射,称为Hoke效应。红色是任何显示器的关键颜色,“纯”红色通常由发射峰值在620和650nm之间产生。较低的波长呈现橙红色,较高的波长看起来不那么明亮,因为人类视网膜对红光子的敏感性在较高波长下迅速下降。红色颜色不稳定性归因于 CsPbBr(3-x)Ix的不稳定晶体结构中碘的数量。同样,蓝色也是显示的三基色之一,纯蓝光的发射峰在460-470nm之间,低波长偏紫色,高波长则是青色或绿色,蓝色颜色不稳定性归因于CsPbBr(3-x)Clx的不稳定晶体结构中氯的数量。尽管使用各种器件结构的PeLED的整体效率正在快速发展,但红色和蓝光发光的颜色不稳定性仍然是一个挑战。

采用交流电来驱动混合卤素钙钛矿材料的电致发光器件的发光光谱的研究并无报道,尚属空白。

高亮(Gao Liang,Professor),1996年毕业于西安电子科技大学,获学士学位。2002年毕业于华中科技大学,获博士学位。国家杰出青年基金、首届腾讯“科学探索奖”、教育部新世纪优秀人才获得者。担任数字制造装备与技术国家重点实验室副主任、华中科技大学科技发展院副院长。主要从事智能制造系统、智能设计、智能优化方法等研究。承担国家自然科学基金重点项目、973课题、863项目、装发部预研基金、国防基础科研计划及企业委托课题等项目20余项。出版著作7部,其中英文专著2部,发表SCI论文270余篇,Web of Science被引5000余次,ESI热点论文2篇、高被引论文10余篇。担任IET CIM主编,SEC、JIPE副主编等。担任中国仿真学会智能仿真优化与调度专业委员会副主任、中国机械工程学会生产工程分会生产系统专业组副主任等。2011年获湖北省青年科技奖、2013年获中国机械工程学会青年科技成就奖。获得国家科技进步二等奖1项(排名第二)、教育部自然科学一等奖1项(排名第一)等。

本发明由于在驱动混合卤素钙钛矿发光二极管时,开创性的引入了交流电压作为驱动电压,能够使混合卤素钙钛矿材料及相应的混合卤素钙钛矿发光二极管器件的光谱稳定性均得到大幅度的提高,工艺可控,操作简单,适用于各种基于混合卤素钙钛矿的发光二极管器件。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。