[0030] 本专利采用简单易操作、低成本的溶液旋涂法制备CsPb1‑xGexBr3和 CsPb1‑xGexBr3+PEO(x=0或者0.3)钙钛矿发光薄膜,通过添加一定量的有机物聚氧化乙烯 (PEO)进一步提升卤族钙钛矿薄膜的发光性能和表面形貌。使用X射线衍射(XRD)获得材料的晶体结构信息。使用扫描电子显微镜(SEM)获得卤族钙钛矿薄膜的表面形貌。光致发光量子效率(PLQY)和光致激发光谱(PL)在杭州电子科技大学材环学院电磁材料的量子设计与功能实验室搭建的积分球系统获得,具体的测试方法主要参考剑桥大学 Richard Friend教授发表的论文(Advanced Materials 9,230‑232(1997).)。其中,测试的激光波长为405nm,荧光光谱主要通过海洋光学的光谱仪(USB4000)测得。
[0031] 实施例1:
[0032] 合成CsPbBr3薄膜的方法
[0033] 步骤(1)、将CsBr(Alfa,99.9%)、PbBr2(3A Chemicals,99.999%)按照1:1摩尔比称量,并放入玻璃瓶中;
[0034] 步骤(2)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂使其浓度为0.1μmol/mL,得到CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液;DMSO为二甲基亚砜;
[0035] 步骤(3)、将搅拌子加入CsPb0.7Ge0.3Br3前驱体溶液中,并将其放入磁性搅拌机中搅拌;
[0036] 步骤(4)、待溶液完全溶解,使用一次性针管和过滤头将溶液过滤;
[0037] 步骤(5)、取用干净的10*10mm的石英片,依次置于IPA溶液、去离子水、IPA溶液中超声清洗15min,完成后保存在IPA溶液中;使用时将石英片放入70℃下的烤胶机中烘干10min,冷却1小时至室温后,放入紫外线清洗机中臭氧清洗23min,使其上表面便于钙钛矿前驱体溶液浸润,待用;IPA溶液为异丙醇溶液;
[0038] 步骤(6)、将已经处理好的清洁石英片放在悬涂机上,设置悬涂机加速度为5000转 2
/s ,速度为5000转/s,时间为90s;先点击开始按钮,待其旋转了5s时,滴下一滴步骤(4)得到的额CsPb1‑xGexBr3钙钛矿前驱体溶液,并在21秒之后,并在一秒内滴下200 μL超干C4H8O2溶液,其中C4H8O2为乙酸乙酯;
[0039] 步骤(7)、将已经成膜的石英片放在70℃的烤胶热台上退火10min,待其冷却后测量其PLQY,并用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)进行薄膜的形貌表征和结构检测。
[0040] 合成CsPbBr3+PEO薄膜的方法
[0041] 步骤(1)、将CsBr(Alfa,99.9%)、PbBr2(3A Chemicals,99.999%)按照1:1摩尔比称量,并放入玻璃瓶中;
[0042] 步骤(2)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂使其浓度为0.2μmol/mL;
[0043] 步骤(3)、将搅拌子加入CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液中,并将其放入磁性搅拌机中搅拌 1h;
[0044] 步骤(4)、称量一定量的PEO粉体颗粒,并放入玻璃瓶中;
[0045] 步骤(5)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂,使其浓度为12mg/mL;
[0046] 步骤(6)、将搅拌子加入PEO溶液中,并将其放入磁性搅拌台上加热搅拌30min,加热温度为60℃;
[0047] 步骤(7)、待PEO溶液完全溶解并冷却后,取等体积的PEO溶液加入到已溶解好的 CsPbBr3前驱体溶液中,继续搅拌30min;
[0048] 步骤(8)、待溶液完全溶解,使用一次性注射器和PVDF材质13*0.22μm的过滤头过滤,待用;
[0049] 步骤(9)、取用干净的10*10mm的石英片,分别置于异丙醇溶液(IPA)、去离子水、异丙醇溶液(IPA)中超声清洗15min,完成后保存在IPA溶液中。一段时间后将石英片正面朝上放入70℃下的烤胶机中烘干10min,冷却1小时至室温后,放入紫外线清洗机中臭氧(O3)清洗23min,使其上表面便于钙钛矿前驱体溶液浸润,待用。
[0050] 步骤(10)、将已经处理好的清洁石英片放在悬涂机上,设置悬涂机加速度为50002
转 /s ,速度为5000转/s,时间为90s;,先点击开始按钮,待其旋转了5s时,滴下一滴步骤(8)得到的溶液,并在21s之后,并在一秒内滴下200μL超干C4H8O2溶液,其中C4H8O2为乙酸乙酯;
[0051] 步骤(11)、将已经成膜的石英片放在70℃的烤胶热台上退火10min,待其冷却后测量其PLQY,并用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)进行薄膜的形貌表征和结构检测。
[0052] 实施例二:
[0053] 合成CsPb0.7Ge0.3Br3薄膜的方法
[0054] 步骤(1)、CsBr(Alfa,99.9%)、PbBr2(3A Chemicals,99.999%)、GeBr2(Aldrich,97%) 按照1:0.7:0.3摩尔比称量,并放入玻璃瓶中;
[0055] 步骤(2)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂使其浓度为0.1μmol/mL,得到 CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液;DMSO为二甲基亚砜;
[0056] 步骤(3)、将搅拌子加入CsPb0.7Ge0.3Br3前驱体溶液中,并将其放入磁性搅拌机中搅拌;
[0057] 步骤(4)、待溶液完全溶解,使用一次性针管和过滤头将溶液过滤;
[0058] 步骤(5)、取用干净的10*10mm的石英片,依次置于IPA溶液、去离子水、IPA溶液中超声清洗15min,完成后保存在IPA溶液中;使用时将石英片放入70℃下的烤胶机中烘干10min,冷却1小时至室温后,放入紫外线清洗机中臭氧清洗23min,使其上表面便于钙钛矿前驱体溶液浸润,待用;IPA溶液为异丙醇溶液;
[0059] 步骤(6)、将已经处理好的清洁石英片放在悬涂机上,设置悬涂机加速度为5000转 2
/s ,速度为3000转/s,时间为90s;先点击开始按钮,待其旋转了4s时,滴下一滴步骤(4)得到的额CsPb0.7Ge0.3Br3钙钛矿前驱体溶液,并在21秒之后,并在一秒内滴下200 μL超干C4H8O2溶液,其中C4H8O2为乙酸乙酯;
[0060] 步骤(7)、将已经成膜的石英片放在70℃的烤胶热台上退火10min,待其冷却后测量其PLQY,并用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)进行薄膜的形貌表征和结构检测。
[0061] 二、合成CsPb0.7Ge0.3Br3+PEO薄膜
[0062] 步骤(1)、将CsBr(Alfa,99.9%)、PbBr2(3A Chemicals,99.999%)、GeBr2(Aldrich,97%) 按照1:0.7:0.3摩尔比称量,并放入玻璃瓶中;
[0063] 步骤(2)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂使其浓度为0.2μmol/mL;
[0064] 步骤(3)、将搅拌子加入CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液中,并将其放入磁性搅拌机中搅拌 1h;
[0065] 步骤(4)、称量一定量的PEO粉体颗粒,并放入玻璃瓶中;
[0066] 步骤(5)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂,使其浓度为12mg/mL;
[0067] 步骤(6)、将搅拌子加入PEO溶液中,并将其放入磁性搅拌台上加热搅拌30min,加热温度为60℃;
[0068] 步骤(7)、待PEO溶液完全溶解并冷却后,取等体积的PEO溶液加入到已溶解好的 CsPb0.7Ge0.3Br3前驱体溶液中,继续搅拌50min;
[0069] 步骤(8)、待溶液完全溶解,使用一次性注射器和PVDF材质13*0.22μm的过滤头过滤,待用;
[0070] 步骤(9)、取用干净的10*10mm的石英片,分别置于异丙醇溶液(IPA)、去离子水、异丙醇溶液(IPA)中超声清洗15min,完成后保存在IPA溶液中。一段时间后将石英片正面朝上放入70℃下的烤胶机中烘干10min,冷却1小时至室温后,放入紫外线清洗机中臭氧(O3)清洗23min,使其上表面便于钙钛矿前驱体溶液浸润,待用。
[0071] 步骤(10)、将已经处理好的清洁石英片放在悬涂机上,设置悬涂机加速度为50002
转 /s ,速度为6000转/s,时间为90s;,先点击开始按钮,待其旋转了4‑5s时,滴下一滴步骤(8)得到的溶液,并在21s之后,并在一秒内滴下200μL超干C4H8O2溶液, 其中C4H8O2为乙酸乙酯;
[0072] 步骤(11)、将已经成膜的石英片放在70℃的烤胶热台上退火10min,待其冷却后测量其PLQY,并用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)进行薄膜的形貌表征和结构检测。
[0073] 实施例三:
[0074] 合成CsPb0.7Ge0.3Br3薄膜的方法,
[0075] 步骤(1)、将CsBr(Alfa,99.9%)、PbBr2(3A Chemicals,99.999%)、GeBr2(Aldrich,97%) 按照1:0.7:0.3摩尔比称量,并放入玻璃瓶中;
[0076] 步骤(2)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂使其浓度为0.1μmol/mL,得到 CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液;DMSO为二甲基亚砜;
[0077] 步骤(3)、将搅拌子加入CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液中,并将其放入磁性搅拌机中搅拌;
[0078] 步骤(4)、待溶液完全溶解,使用一次性针管和过滤头将溶液过滤;
[0079] 步骤(5)、取用干净的10*10mm的石英片,依次置于IPA溶液、去离子水、IPA溶液中超声清洗15min,完成后保存在IPA溶液中;使用时将石英片放入70℃下的烤胶机中烘干10min,冷却1小时至室温后,放入紫外线清洗机中臭氧清洗23min,使其上表面便于钙钛矿前驱体溶液浸润,待用;IPA溶液为异丙醇溶液;
[0080] 步骤(6)、将已经处理好的清洁石英片放在悬涂机上,设置悬涂机加速度为5000转 2
/s ,速度为6000转/s,时间为90s;先点击开始按钮,待其旋转了5s时,滴下一滴步骤(4)得到的额CsPb1‑xGexBr3钙钛矿前驱体溶液,并在21秒之后,并在一秒内滴下200 μL超干C4H8O2溶液,其中C4H8O2为乙酸乙酯;
[0081] 步骤(7)、将已经成膜的石英片放在70℃的烤胶热台上退火10min,待其冷却后测量其PLQY,并用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)进行薄膜的形貌表征和结构检测。
[0082] 合成CsPb0.7Ge0.3Br3+PEO薄膜
[0083] 步骤(1)、将CsBr(Alfa,99.9%)、PbBr2(3A Chemicals,99.999%)、GeBr2(Aldrich,97%) 按照1:0.7:0.3摩尔比称量,并放入玻璃瓶中;
[0084] 步骤(2)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂使其浓度为0.2μmol/mL;
[0085] 步骤(3)、将搅拌子加入CsPb1‑XGeXBr3前驱体溶液中,并将其放入磁性搅拌机中搅拌 1h;
[0086] 步骤(4)、称量一定量的PEO粉体颗粒,并放入玻璃瓶中;
[0087] 步骤(5)、将称量完的粉体加入DMSO溶剂,使其浓度为12mg/mL;
[0088] 步骤(6)、将搅拌子加入PEO溶液中,并将其放入磁性搅拌台上加热搅拌30min,加热温度为60℃;
[0089] 步骤(7)、待PEO溶液完全溶解并冷却后,取等体积的PEO溶液加入到已溶解好的 CsPb0.7Ge0.3Br3前驱体溶液中,继续搅拌60min;
[0090] 步骤(8)、待溶液完全溶解,使用一次性注射器和PVDF材质13*0.22μm的过滤头过滤,待用;
[0091] 步骤(9)、取用干净的10*10mm的石英片,分别置于异丙醇溶液(IPA)、去离子水、异丙醇溶液(IPA)中超声清洗15min,完成后保存在IPA溶液中。一段时间后将石英片正面朝上放入70℃下的烤胶机中烘干10min,冷却1小时至室温后,放入紫外线清洗机中臭氧(O3)清洗23min,使其上表面便于钙钛矿前驱体溶液浸润,待用。
[0092] 步骤(10)、将已经处理好的清洁石英片放在悬涂机上,设置悬涂机加速度为50002
转 /s ,速度为6000转/s,时间为90s;先点击开始按钮,待其旋转了5s时,滴下一滴CsPb0.7Ge0.3Br3钙钛矿前驱体溶液,并在21s之后,并在一秒内滴下200μL超干C4H8O2溶液,其中C4H8O2为乙酸乙酯;
[0093] 步骤(11)、将已经成膜的石英片放在70℃的烤胶热台上退火10min,待其冷却后测量其PLQY,并用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)进行薄膜的形貌表征和结构检测。
[0094] 如图1.CsPbBr3卤族钙钛矿薄膜的光致发光效率(PLQY)与激光功率(Light intensity)对应关系,由图中可以发现随着激光功率的上升其光致发光效率PLQY有上升且后保持不变;
[0095] 图2.CsPbBr3卤族钙钛矿薄膜的光致发光效率(PLQY)与薄膜在空气中放置时间 (Time)的对应关系,由图可以发现随着在空气中放置时间的推移其PLQY值均有明显的上升,且CsPb0.7Ge0.3Br3+PEO薄膜其PLQY值最高上升至24%左右,且在5个月的空气暴露下其效率也稳定在15%左右,这说明了其在空气中具有极好的高效率稳定性;
[0096] 图3.CsPbBr3卤族钙钛矿薄膜的PL谱图的发射峰的位置与薄膜在空气中放置时间 (Time)的对应关系,由图可以发现随着在空气中放置时间的推移其发光峰的位置是逐渐蓝移的;
[0097] 图4.CsPbBr3卤族钙钛矿薄膜的PL谱图的半峰宽与薄膜在空气中放置时间(Time) 的对应关系,由图可以发现随着在空气中放置时间的推移其半峰宽是越来越窄的,说明其色纯度越来越好;
[0098] 图5.CsPbBr3卤族钙钛矿薄膜的X射线衍射(XRD)图谱;
[0099] 图6.CsPbBr3卤族钙钛矿薄膜的扫描电子显微谱图(SEM),a图为CsPbBr3薄膜在40℃下退火的SEM图像、b图为CsPbBr3薄膜在70℃下退火的SEM图像、c图为CsPbBr3薄膜在90℃下退火的SEM图像、d图为CsPbBr3+PEO薄膜在40℃下退火的SEM图像、e图为 CsPbBr3+PEO薄膜在70℃下退火的SEM图像、f图为CsPbBr3+PEO薄膜在90℃下退火的SEM 图像、g图为CsPb0.7Ge0.3Br3薄膜在40℃下退火的SEM图像、h图为CsPb0.7Ge0.3Br3薄膜在 70℃下退火的SEM图像、i图为CsPb0.7Ge0.3Br3薄膜在90℃下退火的SEM图像、j图为 CsPb0.7Ge0.3Br3+PEO薄膜在40℃下退火的SEM图像、k图为CsPb0.7Ge0.3Br3+PEO薄膜在70℃下退火的SEM图像、l图为CsPb0.7Ge0.3Br3+PEO薄膜在90℃下退火的SEM图像,图中标尺为2μm,发现,随着温度的身高其薄膜也较为致密。