一種鈣鈦礦光電器件、制備方法及一種鈣鈦礦材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈣鈦礦光電器件，包括襯底、電極層和功能層，所述電極層設(shè)置于襯底表面，功能層設(shè)置在電極層之間，功能層至少包括鈣鈦礦層，其中，所述鈣鈦礦層為具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料，通過(guò)調(diào)整材料組分，可實(shí)現(xiàn)多量子阱寬度的可控調(diào)節(jié)及多量子阱之間有效的能量轉(zhuǎn)移，發(fā)光顏色可以是近紫外、可見(jiàn)光和近紅外光，并且可有效解決現(xiàn)有鈣鈦礦材料薄膜不連續(xù)和穩(wěn)定性差的問(wèn)題。本發(fā)明制備鈣鈦礦光電器件的工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，適合廣泛應(yīng)用于大面積、低成本、柔性襯底和高性能器件的工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種鈣鈦礦材料，可用于光致發(fā)光、電致發(fā)光、光伏及薄膜晶體管器件中。
【專利說(shuō)明】
一種鈣鈦礦光電器件、制備方法及一種鈣鈦礦材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的器件、制備方法，及 一種具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 步入21世紀(jì)以來(lái)，隨著人類社會(huì)發(fā)展和生活水平提高，能源與環(huán)境面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)， 開(kāi)發(fā)低功耗、綠色環(huán)保的新型設(shè)備成為人們的迫切需要。近年來(lái)，一種原料物豐價(jià)廉，能夠 通過(guò)低溫溶液工藝低成本、大面積制備光電器件的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料引起了全世 界相關(guān)領(lǐng)域研究人員的興趣。鈣鈦礦薄膜是為數(shù)不多的電荷傳輸性能優(yōu)異的晶體薄膜，同 時(shí)作為低缺陷密度的直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的發(fā)光特性，其光致發(fā)光量子效率高 達(dá)70 %，并且發(fā)光波長(zhǎng)可通過(guò)能帶工程進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，目前三維鈣鈦礦材料成膜質(zhì)量和穩(wěn) 定性較差的問(wèn)題成為限制發(fā)光器件和光伏器件性能的重要因素，雖然二維層狀鈣鈦礦薄膜 具有較好的成膜性和穩(wěn)定性，但是薄膜的光致發(fā)光量子效率低，器件需要在低溫條件下才 能實(shí)現(xiàn)發(fā)光。因此，很有必要進(jìn)一步優(yōu)化鈣鈦礦材料和器件結(jié)構(gòu)來(lái)提升器件性能和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種發(fā)光效率高的具 有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料及其光電器件。
[0004] 本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供上述鈣鈦礦材料的應(yīng)用及其應(yīng)用方法。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明所述的鈣鈦礦光電器件，包括襯底、電極層和功能層，所述電極 層設(shè)置于襯底表面，功能層設(shè)置在電極層之間，功能層至少包括鈣鈦礦層，其中，所述鈣鈦 礦層為具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料，多量子阱之間能夠?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
[0006] 進(jìn)一步，所述自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)包括多能隙的量子阱結(jié)構(gòu)，其能隙為先寬后窄、 先窄后寬或者隨機(jī)分布，禁帶寬度為〇. leV~5eV。
[0007] 進(jìn)一步，所述鈣鈦礦材料通過(guò)ΑΧ1、BX2和MX 32按摩爾比1~100:1~100:1~100制備 得到；
[0008] A為RlY'R1為具有1~50個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~100個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴 基、具有6~100個(gè)碳原子的任取代的芳基或具有3~100個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y+為 胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種；
[0009] B為R2-NH3+或堿金屬離子，R2為具有1個(gè)碳原子的基團(tuán)；
[0010] Μ為金屬元素；
[0011] χ\χ2和X3分別獨(dú)立地為齒族元素。
[0012]進(jìn)一步，所述Α為妒-￥+，其中R1為具有1~20個(gè)碳原子的脂族經(jīng)基、具有5~50個(gè)碳 原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取代的芳基或具有3~50個(gè)碳原子的任取代的 雜環(huán)基，Y+為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種。
[0013]進(jìn)一步，所述A選自下述有機(jī)基團(tuán)中的任意一種或幾種：
[0014]
[0015]進(jìn)一步，所述A為R^Y+h，其中R1為具有1~20個(gè)碳原子的脂族經(jīng)基、具有5~50個(gè) 碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取代的芳基、具有3~50個(gè)碳原子的任取代 的雜環(huán)基，Y+為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種或者幾種的組合。
[0016]進(jìn)一步，所述A選自如下有機(jī)基團(tuán)中的任意一種或幾種：
[0019] 進(jìn)一步，所述B為有機(jī)胺基團(tuán)甲胺、甲脒、K+、Rb+和Cs+中的任意一種或者幾種的組 合。
[0020] 進(jìn)一步，所述金屬元素 Μ為第四主族金屬Pb2+、Ge2+、Sn2+中的任意一種，或過(guò)渡金屬 &1 2+、附2+、(：〇2+^62+、1112+、0 2+、？(12+、0(121112+、￥132+中的任意一種，或者上述金屬元素中幾種 的組合。
[0021] 進(jìn)一步，所述X\X2和X3分別獨(dú)立地選自Cl、Br和I中的任意一種或者幾種的組合。
[0022] 進(jìn)一步，所述鈣鈦礦材料是通過(guò)采用在襯底上旋涂由AX\BX2和MX32制備而成的前 驅(qū)體溶液，采用蒸鍍法蒸鍍所述前驅(qū)體材料，或者采用蒸鍍法和溶液法相結(jié)合的方法制備 得到，其具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)，多量子阱之間可實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
[0023] 本發(fā)明所述的鈣鈦礦光電器件的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)依次用丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后干燥；
[0025] (2)將襯底傳送至真空室中進(jìn)行一個(gè)電極層的制備；
[0026] (3)將制備好電極層的襯底移入真空室，進(jìn)行氧等離子預(yù)處理；
[0027] (4)將處理后的襯底按照器件結(jié)構(gòu)通過(guò)溶液法依次進(jìn)行功能層薄膜的制備，所述 功能層至少包括鈣鈦礦層，選擇性的包括電子和/或空穴傳輸層、電子和/或空穴阻擋層中 的任意一種或者幾種；
[0028] (5)在功能層薄膜制備結(jié)束后在真空蒸發(fā)室中進(jìn)行另一電極層的制備；
[0029] (6)將制備的器件在手套箱中進(jìn)行封裝，手套箱為惰性氣體氛圍。
[0030] 進(jìn)一步，所述步驟(4)中，將處理后的襯底在真空蒸發(fā)室中采用蒸鍍法進(jìn)行功能層 的制備，按照器件結(jié)構(gòu)依次蒸鍍功能層;或者將處理后的襯底在采用高真空室中蒸鍍法和 溶液法相結(jié)合的方法來(lái)按照器件結(jié)構(gòu)依次制備功能層。
[0031] 本發(fā)明所述的鈣鈦礦材料通過(guò)AX\BX2和MX32按摩爾比1~100:1~100:1~100制 備得到；
[0032] A為RM^R1為具有1~50個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~100個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴 基、具有6~100個(gè)碳原子的任取代的芳基或具有3~100個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y+為 胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種；
[0033] B為R2-NH3+或堿金屬離子，R2為具有1個(gè)碳原子的基團(tuán)；
[0034] Μ為金屬元素；
[0035] Χ\Χ2和X3分別獨(dú)立地為鹵族元素。
[0036] 進(jìn)一步，所述Α為RIY+，其中R1為具有1~20個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~50個(gè)碳 原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取代的芳基或具有3~50個(gè)碳原子的任取代的 雜環(huán)基，Y+為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種。
[0037] 進(jìn)一步，所述A選自下述有機(jī)基團(tuán)中的任意一種或幾種：
[0038]
[0039] 進(jìn)一步，所述A為妒-(￥+)2,其中R1為具有1~20個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~50個(gè) 碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取代的芳基、具有3~50個(gè)碳原子的任取代 的雜環(huán)基，Y+為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種或者幾種的組合。
[0040] 進(jìn)一步，所述A選自如下有機(jī)基團(tuán)中的任意一種或幾種：
[0041]
[0042]進(jìn)一步，所述B為有機(jī)胺基團(tuán)甲胺、甲脒、K+、Rb+和Cs+中的任意一種或者幾種的組 合。
[0043] 進(jìn)一步，所述金屬元素 Μ為第四主族金屬Pb2+、Ge2+、Sn2+中的任意一種，或過(guò)渡金屬 &1 2+、附2+、(：〇2+^62+、1112+、0 2+、？(12+、0(121112+、￥132+中的任意一種，或者上述金屬元素中幾種 的組合。
[0044] 進(jìn)一步，所述X\X2和X3分別獨(dú)立地選自Cl、Br和I中的任意一種或者幾種的組合。
[0045] 進(jìn)一步，所述鈣鈦礦材料是通過(guò)采用在襯底上旋涂由AX\BX2和MX32制備而成的前 驅(qū)體溶液，采用蒸鍍法蒸鍍所述前驅(qū)體材料，或者采用蒸鍍法和溶液法相結(jié)合的方法制備 得到，其具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)，多量子阱之間可實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
[0046] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)了一種鈣鈦礦光電器件，包括襯底、電極 層和功能層，所述電極層設(shè)置于襯底表面，功能層設(shè)置在電極層之間，功能層至少包括鈣鈦 礦層。其中，鈣鈦礦層為具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料，通過(guò)調(diào)整材料組分可實(shí)現(xiàn) 鈣鈦礦量子阱寬度和薄膜帶隙的可控調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)多量子阱之間有效的能量轉(zhuǎn)移，薄膜發(fā) 光顏色可以是可見(jiàn)光、近紅外、近紫外，并且可有效解決現(xiàn)有鈣鈦礦材料薄膜不連續(xù)和穩(wěn)定 性差的問(wèn)題。該類材料適合作為發(fā)光材料，能夠?qū)ζ骷l(fā)光效率和壽命有很大提高，也可作 為光敏層應(yīng)用在光伏器件中，能有效提高器件的開(kāi)路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)該類材料 可作為載流子傳輸層，有效提高器件性能。本發(fā)明制備的層狀鈣鈦礦材料可使用溶液法或 真空蒸鍍方法制備，非常適用于工藝簡(jiǎn)單、低成本、大面積、柔性基底、高性能器件的工業(yè)化 生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1是本發(fā)明所提供的鈣鈦礦型器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明所提供的鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖3是本發(fā)明所提供的實(shí)施例2的鈣鈦礦材料的吸收和光致發(fā)光光譜圖；
[0050]圖4是本發(fā)明所提供的實(shí)施例2的鈣鈦礦薄膜的光致激發(fā)光譜；
[0051]圖5是本發(fā)明所提供的實(shí)施例2的鈣鈦礦薄膜的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程的示意圖；
[0052]圖6是本發(fā)明所提供的實(shí)施例2的鈣鈦礦薄膜的AFM圖像；
[0053]圖7是本發(fā)明所提供的實(shí)施例2的鈣鈦礦薄膜的時(shí)間分辨的瞬態(tài)PL衰減圖；
[0054]圖8是本發(fā)明所提供的實(shí)施例3的鈣鈦礦材料的吸收和光致發(fā)光光譜圖；
[0055] 圖9是本發(fā)明所提供的實(shí)施例3的鈣鈦礦薄膜的AFM圖像；
[0056] 圖10是本發(fā)明所提供的實(shí)施例3的鈣鈦礦薄膜的時(shí)間分辨的瞬態(tài)PL衰減圖；
[0057] 圖11是本發(fā)明所提供的實(shí)施例4的鈣鈦礦材料的吸收和光致發(fā)光光譜圖；
[0058]圖12是本發(fā)明所提供的實(shí)施例4的鈣鈦礦薄膜的AFM圖像；
[0059] 圖13是本發(fā)明所提供的實(shí)施例5的鈣鈦礦材料的吸收和光致發(fā)光光譜圖；
[0060] 圖14是本發(fā)明所提供的實(shí)施例5的鈣鈦礦薄膜的AFM圖像；
[0061]圖15是本發(fā)明所提供的實(shí)施例6的鈣鈦礦材料光致發(fā)光光譜圖；
[0062] 圖16是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件結(jié)構(gòu)圖；
[0063] 圖17是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件能級(jí)設(shè)計(jì)圖；
[0064] 圖18是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件中鈣鈦礦層的元素分布圖；
[0065]圖19是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件中鈣鈦礦層的HRTEM和FFT圖；
[0066]圖20是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件的發(fā)光光譜及MQW LED器件照片； [0067]圖21是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件電流密度-輻射強(qiáng)度-電壓關(guān)系曲 線；
[0068]圖22是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件外量子效率-電光轉(zhuǎn)換效率-電流 密度關(guān)系曲線；
[0069]圖23是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7的MQW LED器件的性能統(tǒng)計(jì)圖；
[0070] 圖24是本發(fā)明所提供的實(shí)施例8的MQW LED器件的發(fā)光光譜及大面積MQW LED器件 照片；
[0071] 圖25是本發(fā)明所提供的實(shí)施例8的MQW LED器件電流密度-輻射強(qiáng)度-電壓關(guān)系曲 線；
[0072]圖26是本發(fā)明所提供的實(shí)施例8的MQW LED器件外量子效率-電光轉(zhuǎn)換效率-電流 密度關(guān)系曲線；
[0073]圖27是本發(fā)明所提供的實(shí)施例8的MQW LED器件的性能統(tǒng)計(jì)圖；
[0074]圖28是本發(fā)明所提供的實(shí)施例8的MQW LED器件的穩(wěn)定性；
[0075]圖29是本發(fā)明所提供的實(shí)施例9的MQW LED器件的發(fā)光光譜圖；
[0076]圖30是本發(fā)明所提供的實(shí)施例10的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0077]圖31是本發(fā)明所提供的實(shí)施例10的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0078]圖32是本發(fā)明所提供的實(shí)施例10的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0079]圖33是本發(fā)明所提供的實(shí)施例11的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0080]圖34是本發(fā)明所提供的實(shí)施例11的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0081]圖35是本發(fā)明所提供的實(shí)施例11的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0082]圖36是本發(fā)明所提供的實(shí)施例12的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0083]圖37是本發(fā)明所提供的實(shí)施例12的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0084]圖38是本發(fā)明所提供的實(shí)施例12的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0085]圖39是本發(fā)明所提供的實(shí)施例13的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0086]圖40是本發(fā)明所提供的實(shí)施例13的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0087]圖41是本發(fā)明所提供的實(shí)施例13的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0088]圖42是本發(fā)明所提供的實(shí)施例14的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0089]圖43是本發(fā)明所提供的實(shí)施例14的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0090]圖44是本發(fā)明所提供的實(shí)施例14的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0091]圖45是本發(fā)明所提供的實(shí)施例15的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0092]圖46是本發(fā)明所提供的實(shí)施例15的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0093]圖47是本發(fā)明所提供的實(shí)施例15的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0094]圖48是本發(fā)明所提供的實(shí)施例16的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0095]圖49是本發(fā)明所提供的實(shí)施例16的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0096]圖50是本發(fā)明所提供的實(shí)施例16的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0097]圖51是本發(fā)明所提供的實(shí)施例17的MQW LED器件的發(fā)光光譜；
[0098]圖52是本發(fā)明所提供的實(shí)施例17的MQW LED器件電流密度-電壓關(guān)系曲線；
[0099]圖53是本發(fā)明所提供的實(shí)施例17的MQW LED器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線； [0100]圖54是本發(fā)明所提供的實(shí)施例18的鈣鈦礦光伏器件的電壓-電流密度關(guān)系曲線；
[0101] 圖55是本發(fā)明所提供的實(shí)施例19的鈣鈦礦光伏器件的電壓-電流密度關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0102] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯、易理解，下面結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施 例，詳細(xì)說(shuō)明。
[0103] 本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種鈣鈦礦光電器件，如圖1所示，器件從下到上依次包 括透明襯底1、陰極層2、電子傳輸層3、發(fā)光層4、空穴傳輸層5和陽(yáng)極層6,陰極層2位于透明 襯底1表面，器件在外加電源7的驅(qū)動(dòng)下工作。其中，鈣鈦礦層為具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的 鈣鈦礦材料，如圖2所示，該材料的結(jié)構(gòu)通式為層狀鈣鈦礦材料由AX\BX 2和MX32按摩爾比a: 13:(3制備得到，其中，3:13:〇=(1~100):(1~100):(1~100)，其中4為1? 1-￥+，1?1為具有1~50 個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~100個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~100個(gè)碳原子的任取代 的芳基或具有3~100個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y+為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任 意一種;B為R 2-NH3+或堿金屬離子，R2為具有1個(gè)碳原子的基團(tuán);Μ為金屬元素;X 1、X2和X3分別 獨(dú)立地為鹵族元素；當(dāng)將X^X2和X 3統(tǒng)一用X表示時(shí)，其結(jié)構(gòu)式可以表示為AWhMnXsnu，其中， N為所述鈣鈦礦材料無(wú)機(jī)骨架的層數(shù)。通過(guò)調(diào)整AX\BX2和MX32的組成可實(shí)現(xiàn)不同組分的具 有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦材料。所使用的代表性材料AXiSCwHTCHAHsI、 Ci〇H7CH2NH3Br、C6H5CH2NH31、C6H5 (CH2) 2NH31、C6H5 (CH2) 4NH31，BX2為CH3NH31、NH2CH = NH21、 順2〇1 =順28廣順2〇1 =順2(：1、〇81、〇88廣〇8(：1，]\?3為？1312、？匕8〇、？13(：12，包括但不僅限于此。
[0104] 以上是本發(fā)明的核心思想，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方 案進(jìn)行清晰、完整地描述。顯然，所述實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，但不限于這些實(shí)施 例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的 其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0105] 實(shí)施例1AX1的制備。
[0106] AX1的制備方法為:將A溶解于四氫呋喃中，再加入氫碘酸反應(yīng)60min，使反應(yīng)液pH 值為4,通過(guò)旋蒸除去溶劑后得到固體粉末，用乙醚對(duì)所得粉末洗滌抽濾三次得到，下面以 C10H7CH2NH3I的合成方法為例，首先將芳香基胺C1QH7CH 2NH2溶解于四氫呋喃中，再加入氫碘 酸反應(yīng)60min，使反應(yīng)液pH值為4,通過(guò)旋蒸除去溶劑后得到固體粉末，用乙醚對(duì)所得粉末洗 滌抽濾三次得到白色CiqH7CH 2NH3I粉末。按照此方法，分別合成C1QH7CH2NH 3Br、C1QH7CH2NH3C1、 C6H5CH2NH31、C6H5 (CH2) 2NH31、C6H5 (CH2) 4NH31 〇
[0107] 實(shí)施例2層狀鈣鈦礦材料的制備。
[0108] 將C1QH7CH2NH3I、NH 2CH=NH2I和Pbl2按摩爾比2:1:2配成前驅(qū)體溶液，在襯底上旋涂 以上前驅(qū)體溶液，退火后得到具有多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦薄膜(簡(jiǎn)稱為NFPI7)。
[0109] 如圖3所示，NFPI7薄膜在569nm處具有明顯的激子吸收峰，表明此鈣鈦礦材料中主 要存在的是N=2的材料（（C 1QH7CH2NH3)2(NH2CH=NH 2)[Pb2l7])，同時(shí)可以看出NFPI7薄膜中含 有N = 1 (( Ci〇H7CH2NH3 ) 2Pb 14)和N=4 (( Ci〇H7CH2NH3 ) 2 (NH2CH=NH2) 3 [ Pb4113 ])的材料(X · Hong et al.,Dielectric Confinement Effect on Excitons in PblrBased Layered Semiconductors .Phys. Rev.B.45,6961-6964(1992)；K. Tanaka et al.,Bandgap and exciton binding energies in lead-iodide-based natural quantum-well crystals.Sci .Techno 1 .Adv.Mater .4,599-604(2003) ·)。圖3表明薄膜的光致發(fā)光峰主要 位于765nm，接近于三維鈣鈦礦材料的發(fā)光峰位置，同時(shí)薄膜中也存在N=1，N = 2和N = 4的 鈣鈦礦材料的發(fā)光。從薄膜的吸收光譜和發(fā)光光譜可以看出，NFPI7薄膜中存在從具有較大 激子能量量子阱到具有較小激子能量量子阱的能量轉(zhuǎn)移。圖4為NFPI 7薄膜的激發(fā)光譜，可 以看出對(duì)于不同的發(fā)光峰位置，其激發(fā)峰位都來(lái)自于569nm，進(jìn)一步確認(rèn)NFPI7薄膜中存在N =2的量子阱到低能量發(fā)光的能量轉(zhuǎn)移。圖5為具有多量子阱結(jié)構(gòu)的NFPI7薄膜中存在的具 有"階梯式"能量轉(zhuǎn)移的示意圖。圖6為NFPI7薄膜的表面形貌(AFM)，表明NFPI7薄膜有較好的 成膜性，表面均方根粗糙度只有2.6nm。圖7為由時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)測(cè)量的NFPI7 薄膜瞬態(tài)光致發(fā)光(PL)衰減圖，可以看出薄膜在短波長(zhǎng)發(fā)光處的壽命較短，在765nm處較長(zhǎng) 的PL壽命(10ns)說(shuō)明NFPI7薄膜中N較大的量子阱材料具有很低的缺陷密度。
[0110] 實(shí)施例3層狀鈣鈦礦材料的制備。
[0111] 將C1QH7CH2NH3I、NH2CH=NH 2Br和Pbl2按摩爾比2:1: 2配成前驅(qū)體溶液，在襯底上旋 涂以上前驅(qū)體溶液，退火后得到具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦薄膜（簡(jiǎn)稱為 NFPI6B)〇
[0112] 如圖8所示，NFPI6B薄膜在557nm處具有明顯的激子吸收峰，光致發(fā)光峰主要位于 750nm，同實(shí)施例2的NFPI7薄膜類似。圖9為NFPI 6B薄膜的表面形貌，表明NFPI6B薄膜有較好 的成膜性，表面均方根粗糙度只有2.6nm。圖10為NFPI 6B薄膜的TCSPC測(cè)試結(jié)果，可以看出薄 膜在750nm處PL壽命較長(zhǎng)，達(dá)到30ns。
[0113] 實(shí)施例4層狀鈣鈦礦材料的制備。
[0114] 將&出7〇12順31工81和?1312按摩爾比2 :1:2配成前驅(qū)體溶液，在襯底上旋涂以上前 驅(qū)體溶液，退火后得到具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦薄膜(簡(jiǎn)稱為NCsPIy)。
[0115] 如圖11所示，NCsPI?薄膜在509nm，554nm處具有明顯的吸收峰，光致發(fā)光峰主要位 于681nm，同實(shí)施例2的NFPI7薄膜類似。圖12為NCsPI?薄膜的表面形貌，表明NFPI7薄膜有較 好的成膜性，表面均方根粗糙度只有2. lnm。
[0116] 實(shí)施例5層狀鈣鈦礦材料的制備。
[0117] 將&曲〇12順31、08(：1和?131 2按摩爾比2:1:2配成前驅(qū)體溶液，在襯底上旋涂以上前 驅(qū)體溶液，退火后得到具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦薄膜(簡(jiǎn)稱為NCsPI 6C)。
[0118] 如圖13所示，NCsPI6C薄膜在506nm，551nm處具有明顯的吸收峰，光致發(fā)光峰主要 位于692nm，同實(shí)施例2的NFPI7薄膜類似。圖14為NCsPI6C薄膜的表面形貌，表明NCsPI6C薄膜 有較好的成膜性，表面均方根粗糙度只有2.2nm。
[0119] 實(shí)施例6層狀鈣鈦礦材料的制備。
[0120] 將 C1QH7CH2NH3I、NH2CH=NH2l和 Pbl2 按摩爾比6: 2:5,10:4:9,2:1:2,2:2:3,2:3:4， 2:4:5,2:5 :6,2:6:7,2:7:8,配成前驅(qū)體溶液，在襯底上旋涂以上前驅(qū)體溶液，退火后得到 具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦薄膜。
[0121 ]如圖15所示，隨著NH2CH=NH2I含量的增加，鈣鈦礦薄膜的發(fā)光峰逐漸從730nm移到 789nm〇
[0122] 實(shí)施例7基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件(MQW LED)。
[0123] 如圖16和圖17所示，襯底為玻璃-IT0組合，電子傳輸-空穴阻擋層為ZnO/PEIE、發(fā) 光層為NFPI7、空穴傳輸-電子阻擋層為TFB、頂電極為M 〇0x/Au，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為:玻璃襯 底/IT0/Zn0-PEIE(20nm)/NFPl7(30nm)/TFB(40nm)/Mo0 x(7nm)/Au(100nm)〇
[0124] 制備方法如下：
[0125] ①利用丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水對(duì)透明導(dǎo)電基片ΙΤ0玻璃進(jìn)行超聲清洗，清 洗后用干燥氮?dú)獯蹈?。其中玻璃襯底上面的ΙΤ0膜作為器件的陽(yáng)極層，ΙΤ0膜的方塊電阻為 15 Ω /口。
[0126] ②將干燥后的基片移入真空室，在氧氣壓環(huán)境下對(duì)ΙΤ0玻璃進(jìn)行紫外臭氧預(yù)處理 10分鐘。
[0127] ③在處理后的襯底上分別旋涂ZnO和PEIE，并進(jìn)行退火處理，然后轉(zhuǎn)移至氮?dú)馐痔?箱中，通過(guò)在襯底上旋涂C1QH7CH 2NH3I、NH2CH = NH2I和Pbl2摩爾比為2:1: 2的前驅(qū)體溶液，退 火后得到具有多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜NFPl7，TFB溶液通過(guò)旋涂覆蓋在發(fā)光層上方作為 空穴傳輸層。
[0128] ④在各功能層制備結(jié)束后進(jìn)行M〇0x/Au復(fù)合電極的制備，氣壓為6X l(T7T〇rr，蒸鍍 速率為O.lnm/s，蒸鍍速率及厚度由膜厚儀監(jiān)控。
[0129] ⑤將制備的器件在手套箱中進(jìn)行封裝，手套箱為99.9%氮?dú)夥諊?br>[0130] ⑥測(cè)試器件的電流-電壓-輻射強(qiáng)度特性，同時(shí)測(cè)試器件的發(fā)光光譜參數(shù)。
[0131] 從圖16的器件的STEM圖中可以看出，NFPI7薄膜中在NFPI7/TFB界面處存在較亮的 部分，這是由于具有較大N值的鈣鈦礦材料聚集在NFPI7薄膜的表面，與圖18的STEM元素分 布圖一致。并且高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM)和快速傅里葉變換（FFT)分析表明，在 NFPI7/TFB界面處的鈣鈦礦材料具有N值很大的立方結(jié)構(gòu)的三維鈣鈦礦材料，如圖19所示。
[0132] 圖20為器件的電致發(fā)光光譜和器件照片，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為786nm。 器件的電流密度-電壓-輻射強(qiáng)度特性曲線參見(jiàn)圖21。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn) 1.5V的低開(kāi)啟電壓，驅(qū)動(dòng)電壓在3.6V時(shí)器件即達(dá)到最大福射強(qiáng)度55W/(sr · m2)。最高外量 子效率為9.6%，參見(jiàn)圖22的器件外量子效率-電光轉(zhuǎn)換效率-電流密度關(guān)系曲線。器件性能 具有很好的均勻性，參見(jiàn)圖23的器件性能統(tǒng)計(jì)圖。
[0133] 實(shí)施例8基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0134]器件米用與實(shí)施例7同樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為NFPI6B，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為：玻 璃襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/NFPI6B(30nm)/TFB(40nm)/Mo0x(7nm)/Au(100nm)。
[0135] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C1QH7CH2NH 3I、NH2CH=NH2Br和Pbl2摩 爾比為2:1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的NFPI 6B薄膜。
[0136] 圖24為器件的電致發(fā)光光譜和器件照片，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為763nm， 同時(shí)該器件可制備大面積8_X8mm的器件。器件的電流密度-電壓-輻射強(qiáng)度特性曲線參見(jiàn) 圖25。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.3V的低開(kāi)啟電壓，驅(qū)動(dòng)電壓在3.6V時(shí)器件達(dá)到 最大輻射強(qiáng)度82W/(sr ·πι2)。最大的外量子效率為11.7%、內(nèi)量子效率為52%，在電流密度 為lOOmA/cm2時(shí)，對(duì)應(yīng)電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.5%，參見(jiàn)圖26的器件外量子效率-電光轉(zhuǎn)換效 率-電流密度關(guān)系曲線。器件性能具有很好的均勻性，參見(jiàn)圖27的器件性能統(tǒng)計(jì)圖。同時(shí)該 器件具有很好的穩(wěn)定性，參見(jiàn)圖28的器件在lOmA/cm 2電流驅(qū)動(dòng)下外量子效率隨時(shí)間的變化 曲線。
[0137] 實(shí)施例9基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0138] 器件采用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層分別為NFPI5B2，NFPl4B 3，NFPI3B4， NFPI2B5，NFPB7，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為：玻璃襯底/IT0/Zn0-PEIE(20nm)/發(fā)光層（30nm)/TFB (40nm)/Mo0x(8nm)/Au( lOOnm) 〇
[0139] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂摩爾比為2: 1 : 2的前驅(qū)體溶液 Ci〇H7CH2NH3Br、NH2CH = NH21 ^PPb 12，Ci〇H7CH2NH3Br、NH2CH=NH2Br ^PPb 12，C1QH7CH2NH31、NH2CH =NH21 和PbBr2，Ci〇H7CH2NH3Br、NH2CH = NH2Br和PbBr2，以及摩爾比為2:1:1:1 的前驅(qū)體溶液 C10H7CH2NH3Br、NH2CH = NH2Br、PbBr2和Pbl2,退火后得到具有自組裝量子阱結(jié)構(gòu)的NFPI 5B2， NFPl4B3，NFPI3B4，NFPB7 和 NFPI2B5 鈣鈦礦薄膜。
[0140]圖29為器件的電致發(fā)光光譜，可以看出通過(guò)調(diào)整鈣鈦礦材料中的X組分，可以實(shí)現(xiàn) 發(fā)光在 786nm，763nm，736nm，685nm，664nm，611 nm，518nm 的發(fā)光器件。
[0141 ]實(shí)施例10基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0142]器件米用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為NFPI6C，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為:玻 璃襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/NFPI6C(30nm)/TFB(40nm)/Mo0x(7nm)/Au(100nm)。
[0143] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C1QH7CH2NH3I、NH 2CH=NH2C1和Pbl2摩 爾比為2:1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的NFPI 6C薄膜。
[0144] 圖30為器件的電致發(fā)光光譜，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為786nm。器件的電流 密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖31。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.3V的低開(kāi)啟電壓，最 大的外量子效率為5.6%，參見(jiàn)圖32的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0145] 實(shí)施例11基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0146] 器件米用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為NMPI7,整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為:玻璃 襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/NMPl7(30nm)/TFB(40nm)/Mo0 x(7nm)/Au(100nm)〇
[0147] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C1QH7CH2NH 3I、CH3NH3I和Pbl2摩爾比為 2:1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的NMPI 7薄膜。
[0148] 圖33為器件的電致發(fā)光光譜，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為784nm。器件的電流 密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖34。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.4V的低開(kāi)啟電壓，最 大的外量子效率為4.1%，參見(jiàn)圖35的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0149] 實(shí)施例12基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0150]器件米用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為PFPI6B，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為：玻 璃襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/PFPI6B(30nm)/TFB(40nm)/Mo0x(7nm)/Au(100nm)。
[0151] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C6H5CH 2NH3I、NH2CH = NH2Br和Pbl2摩 爾比為2:1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PFPI 6B薄膜。
[0152] 圖36為器件的電致發(fā)光光譜，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為785nm。器件的電流 密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖37。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.5V的低開(kāi)啟電壓，最 大的外量子效率為2.0%，參見(jiàn)圖38的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0153] 實(shí)施例13基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0154] 器件采用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為PEAFPI6B，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為： 玻璃襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/PEAFPI 6B(30nm)/TFB(40nm)/Mo0x(7nm)/Au(100nm)。
[0155] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C6H5(CH 2)2NH3I、NH2CH = NH2Br和Pbl2 摩爾比為2:1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PEAFPI6B薄膜。
[0156] 圖39為器件的電致發(fā)光光譜，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為785nm。器件的電流 密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖40。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.5V的低開(kāi)啟電壓，最 大的外量子效率為2.9%，參見(jiàn)圖41的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0157] 實(shí)施例14基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0158] 器件采用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為PBAFPI6B，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為： 玻璃襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/PBAFPI 6B(30nm)/TFB(40nm)/Mo0x(7nm)/Au(100nm)。
[0159] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C6H5(CH2)4NH 3I、NH2CH = NH2Br和Pbl2 摩爾比為2:1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PBAFPI6B薄膜。
[0160]圖42為器件的電致發(fā)光光譜，近紅外發(fā)光器件的發(fā)光峰峰值為777nm。器件的電流 密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖43。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.7V的低開(kāi)啟電壓，最 大的外量子效率為〇. 6%，參見(jiàn)圖44的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0161 ]實(shí)施例15基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0162] 器件采用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層材料采用實(shí)施例4的NCsPIy，整個(gè)器 件結(jié)構(gòu)描述為：玻璃襯底/IT0/Zn0-PEIE(20nm)/NCsPl7(30nm)/IFB(40nm)/Mo0 x(7nm)/Au (lOOnm)，制備方法同實(shí)施例7類似。
[0163] 圖45為器件的電致發(fā)光光譜，紅光器件的發(fā)光峰峰值為686nm。器件的電流密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖46。紅光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.8V的低開(kāi)啟電壓，最大的外量子效 率為2.0%，參見(jiàn)圖47的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0164] 實(shí)施例16基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0165] 器件采用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層材料采用實(shí)施例5的NCsPI6C，整個(gè)器 件結(jié)構(gòu)描述為：玻璃襯底/IT0/Zn0-PEIE(20nm)/NCsPl6C(30nm)/TFB(40nm)/Mo0 x(7nm)/Au (lOOnm)，制備方法同實(shí)施例7類似。
[0166] 圖48為器件的電致發(fā)光光譜，紅光器件的發(fā)光峰峰值為686nm。器件的電流密度-電壓特性曲線參見(jiàn)圖49。紅光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.8V的低開(kāi)啟電壓，最大的外量子效 率為2.7%，參見(jiàn)圖50的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0167] 實(shí)施例17基于層狀鈣鈦礦材料的發(fā)光器件。
[0168] 器件采用與實(shí)施例7-樣的器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光層為NFCsPI6B，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為： 玻璃襯底/nO/Zn0-PEIE(20nm)/NFCsPI 6B(30nm)/TFB(40nm)/Mo0x(7nm)/Au(100nm)。
[0169] 制備方法同實(shí)施例7類似，通過(guò)在襯底上旋涂C1QH7CH2NH 3I、NH2CH = NH2Br、CsBr和 Pbl2摩爾比為2:0.9:0.1:2的前驅(qū)體溶液，退火后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的NFCsPI6B薄膜。 [0170]圖51為器件的電致發(fā)光光譜，器件的發(fā)光峰峰值為738nm。器件的電流密度-電壓 特性曲線參見(jiàn)圖52。近紅外發(fā)光的鈣鈦礦型LED可以實(shí)現(xiàn)1.7V的低開(kāi)啟電壓，最大的外量子 效率為5.4%，參見(jiàn)圖53的器件外量子效率-電流密度關(guān)系曲線。
[0171 ]實(shí)施例18基于層狀鈣鈦礦材料的光伏器件。
[0172] 器件采用NFPI7作為光敏層，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為：玻璃襯底/ITO/PEDOT : PSS (40nm)/NFPl7( 100nm)/PCBM(40nm)/Al (lOOnm) 〇
[0173] 圖54為以上鈣鈦礦光伏器件在光照條件下的電流-電壓曲線，器件的開(kāi)路電壓Voc =1 · 2V，短路電流密度JSC = 3 · 7mA/cm2，填充因子FF = 0 · 46，效率為2 %。
[0174] 實(shí)施例19基于層狀鈣鈦礦材料的光伏器件。
[0175] 器件采用NFPI7作為光敏層，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為:玻璃襯底/IT0/c-Ti0x(40nm)/ m-TiOx( 100nm)/NFPl7( 100nm)/Spir〇-0MeTAD( 110nm)/Al (lOOnm) 〇
[0176] 圖55為以上鈣鈦礦光伏器件在光照條件下的電流-電壓曲線，器件的開(kāi)路電壓Voc =0.5V，短路電流密度JSC = 1.7mA/cm2，填充因子FF = 0.33,效率為0.3%。
[0177] 以上描述的一種具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的層狀鈣鈦礦材料制備工藝簡(jiǎn)單、成膜 質(zhì)量高、性能穩(wěn)定，非常適合低成本、大面積及柔性基底器件的工業(yè)化生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明材 料制備的器件可以結(jié)合到各種各樣的消費(fèi)產(chǎn)品中，包括太陽(yáng)能電池、平板顯示設(shè)備、全透明 顯示設(shè)備、柔性顯示設(shè)備、內(nèi)部或外部照明/發(fā)信號(hào)的光源、激光打印機(jī)、移動(dòng)電話、車輛等。
[0178]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他 實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的 上述說(shuō)明，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請(qǐng)。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本 領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請(qǐng)的 精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，包括類似于本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的激光器件。凡是 符合與本文公開(kāi)的原理、新穎特點(diǎn)相一致，凡是采用等同變換或者等效替代而形成的技術(shù) 方法，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鈣鈦礦光電器件，其特征在于:包括襯底、電極層和功能層，所述電極層設(shè)置于 襯底表面，功能層設(shè)置在電極層之間，功能層至少包括鈣鈦礦層，其中，所述鈣鈦礦層為具 有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料，多量子阱之間能夠?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)包括 多能隙的量子阱結(jié)構(gòu)，其能隙為先寬后窄、先窄后寬或者隨機(jī)分布，禁帶寬度為〇. IeV~ 5eV〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述鈣鈦礦材料通過(guò)AX\BX2和 MX32按摩爾比1~100:1~100:1~100制備得到； A為R1-Y+, R1為具有1~50個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~100個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具 有6~100個(gè)碳原子的任取代的芳基或具有3~100個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y+為胺、吡 啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種； B為R2-NH3+或堿金屬離子，R2為具有1個(gè)碳原子的基團(tuán)； M為金屬元素； X1、X2和X3分別獨(dú)立地為鹵族元素。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述A為R1-Y+,其中R1為具有1 ~20個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~50個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取 代的芳基或具有3~50個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y +為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任 意一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述A選自下述有機(jī)基團(tuán)中的 任意一種或幾種：6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述A為R1-(Yt)2，其中R 1為具有 1~20個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~50個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取 代的芳基、具有3~50個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y+為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任 意一種或者幾種的組合。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述A選自如下有機(jī)基團(tuán)中的 任意一種或幾種： +.丄 .1'8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于：所述B為有機(jī)胺基團(tuán)甲胺、甲 脒、K+、Rb+和Cs +中的任意一種或者幾種的組合。9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述金屬元素 M為第四主族金 屬 Pb2+、Ge2+、Sn2+中的任意一種，或過(guò)渡金屬 Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn 2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Eu2+、 Yb2+中的任意一種，或者上述金屬元素中幾種的組合。10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述X1、X2和X3分別獨(dú)立地選 自Cl、Br和I中的任意一種或者幾種的組合。11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦光電器件，其特征在于:所述鈣鈦礦材料是通過(guò)采用 在襯底上旋涂由AX\BX2和MX 32制備而成的前驅(qū)體溶液，采用蒸鍍法蒸鍍所述前驅(qū)體材料， 或者采用蒸鍍法和溶液法相結(jié)合的方法制備得到，其具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)，多量子阱 之間可實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。12. 權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦光電器件的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 依次用丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后干燥； (2) 將襯底傳送至真空室中進(jìn)行一個(gè)電極層的制備； (3) 將制備好電極層的襯底移入真空室，進(jìn)行氧等離子預(yù)處理； (4) 將處理后的襯底按照器件結(jié)構(gòu)通過(guò)溶液法依次進(jìn)行功能層薄膜的制備，所述功能 層至少包括鈣鈦礦層，選擇性的包括電子和/或空穴傳輸層、電子和/或空穴阻擋層中的任 意一種或者幾種； (5) 在功能層薄膜制備結(jié)束后在真空蒸發(fā)室中進(jìn)行另一電極層的制備； (6) 將制備的器件在手套箱中進(jìn)行封裝，手套箱為惰性氣體氛圍。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的鈣鈦礦光電器件的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中， 將處理后的襯底在真空蒸發(fā)室中采用蒸鍍法進(jìn)行功能層的制備，按照器件結(jié)構(gòu)依次蒸鍍功 能層;或者將處理后的襯底在采用高真空室中蒸鍍法和溶液法相結(jié)合的方法來(lái)按照器件結(jié) 構(gòu)依次制備功能層。14. 一種鈣鈦礦材料，其特征在于:所述鈣鈦礦材料通過(guò)AX1、BX2和MX 32按摩爾比1~100: 1~100:1~100制備得到； A為R1-Y+, R1為具有1~50個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~100個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具 有6~100個(gè)碳原子的任取代的芳基或具有3~100個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y+為胺、吡 啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意一種； B為R2-NH3+或堿金屬離子，R2為具有1個(gè)碳原子的基團(tuán)； M為金屬元素； X1、X2和X3分別獨(dú)立地為鹵族元素。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述A為R1-Y+，其中R1為具有1~ 20個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~50個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取代 的芳基或具有3~50個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y +為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任意 一種。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述A選自下述有機(jī)基團(tuán)中的任 意一種或幾種：17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述A為R1-(Yt)2，其中R 1為具有1 ~20個(gè)碳原子的脂族烴基、具有5~50個(gè)碳原子的脂環(huán)族烴基、具有6~50個(gè)碳原子的任取 代的芳基、具有3~50個(gè)碳原子的任取代的雜環(huán)基，Y +為胺、吡啶或咪唑有機(jī)陽(yáng)離子中的任 意一種或者幾種的組合。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述A選自如下有機(jī)基團(tuán)中的任 意一種或幾種：19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述B為有機(jī)胺基團(tuán)甲胺、甲脒、K 'Rb+和Cs+中的任意一種或者幾種的組合。20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述金屬元素 M為第四主族金屬 Pb2+、Ge2+、Sn2+中的任意一種，或過(guò)渡金屬 Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn 2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Eu2+、Yb 2+ 中的任意一種，或者上述金屬元素中幾種的組合。21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的鈣鈦礦材料，其特征在于：所述X^X2和X3分別獨(dú)立地選自 Cl、Br和I中的任意一種或者幾種的組合。22. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的鈣鈦礦材料，其特征在于:所述鈣鈦礦材料是通過(guò)采用在襯 底上旋涂由AX\BX2和MX 32制備而成的前驅(qū)體溶液，采用蒸鍍法蒸鍍所述前驅(qū)體材料，或者 采用蒸鍍法和溶液法相結(jié)合的方法制備得到，其具有自組裝多量子阱結(jié)構(gòu)，多量子阱之間 可實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
【文檔編號(hào)】H01L51/50GK105895803SQ201610051400
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月26日
【發(fā)明人】王建浦, 王娜娜, 葛睿, 黃維
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)