一种基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜及其制备方法

本发明涉及发光材料与纳米，具体是一种基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于具有带隙可调、吸收能力强、增益系数高、光致发光量子产率高等优点，金属卤化物钙钛矿材料作为一种优异的光伏和发光材料吸引了越来越多研究者的关注。与三维钙钛矿材料相比，准二维钙钛矿材料是借助长链分子基团例如长链有机疏水阳离子，如萘甲胺(nma+)、苯乙胺(pea+)分隔钙钛矿层，形成量子限域效应，同时其量子限域效应并不取决于材料的宏观尺寸或者厚度，而是更多取决于每层内钙钛矿的微观厚度，这一厚度往往用n值代替，当n值趋近于无穷时，即视为三维材料(ma s,cai m,cheng t,etal.sci china mater,2018,61(10):1257.)。因此，准二维钙钛矿具有更强的环境稳定性、自组装的多量子阱结构，可以通过诱导介电和量子约束效应获得可调带隙以及大的激子结合能，同时由于不同n值之间的快速能量转移机制，能够引导其实现高光致发光效率(zhangl,sun c,he t,et al.light:science&applications,2021,10(1):61.)，在发光器件中具有更广阔的应用前景。

2、准二维钙钛矿薄膜可通过设计带隙结构来实现全波段发光，带宽极窄且具有极高的光致发光效率，因此优异的光电性能被广泛应用于显示、照明、激光照明、光电探测以及太阳能电池等领域。中国科学院半导体研究所公开了一种利用二维钙钛矿代替传统有机空穴传输层，以提高空穴传输性能，有效提高发光二极管的亮度，实现更好的载流子注入平衡的方法(申请号：cn202211697423.4)。华南理工大学公布了一种三(4-吗啉基)氧化膦掺杂的准二维钙钛矿薄膜及其制备方法，获得了致密无针孔的缺陷密度低的高质量准二维钙钛矿薄膜；所制备的发光器件的发光效率和发光强度均得到了显著提升。(申请号：cn202210920388.1)。

3、通常在制备准二维钙钛矿薄膜时，很难直接获得纯相(即n值统一)的准二维钙钛矿薄膜，而是多种不同n值的相混合在一起。而由于不同的相共存会导致多条能量转移路径，最终导致产生的光为多色宽谱发光，限制了准二维钙钛矿薄膜在激光以及单色光源等领域的有效应用。在准二维钙钛矿薄膜的制备过程中，为提高相纯度，往往采用退火或反溶剂处理等方法进行辅助形核生长，但同时会引入过多的变量，如退火温度、退火时间以及反溶剂添加时间等因素较难准确把控，其工艺十分复杂，从而很难获得均匀致密的薄膜。此外，由于准二维钙钛矿对水氧较为敏感，极易分解失活。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、一种基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

4、将大分子阳离子有机物、一价阳离子卤化物、二价阳离子卤化物溶解于极性有机溶剂中，得到前驱体溶液；

5、将前驱体溶液置于含有特制气氛的环境中进行两段旋涂，得到所述准二维钙钛矿发光薄膜；

6、其中，所述特制气氛为二甲基亚砜、n-n二甲基甲酰胺、异丙醇、乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种或多种经过挥发所形成的气氛。

7、优选地，将大分子阳离子有机物、一价阳离子卤化物、二价阳离子卤化物溶解于极性有机溶剂中，得到前驱体溶液的步骤，具体包括：

8、将大分子阳离子有机物、一价阳离子卤化物、二价阳离子卤化物添加至极性有机溶剂中，得到混合溶液；

9、将混合溶液于25-100℃的温度下进行磁力搅拌后，再进行过滤，得到前驱体溶液。

10、优选地，所述大分子阳离子有机物为萘甲胺类阳离子有机物、苯乙胺类阳离子有机物、正丁胺类阳离子有机物、苯基丁氨类阳离子有机物和三乙胺类阳离子有机物中的一种或多种。

11、优选地，所述一价阳离子卤化物为钾、铯、铷、甲胺和甲脒中的一种或多种的卤化物。

12、优选地，所述二价阳离子卤化物为铅、铬、锡和锗中的一种或多种的卤化物。

13、优选地，所述极性有机溶剂包括二甲基亚砜、n-n二甲基甲酰胺、γ-羟基丁酸内酯、n-甲基吡咯烷酮和乙二醇甲醚中的至少一种。

14、优选地，所述特制气氛的气压为0.5-3000pa。

15、优选地，两段旋涂的方法为：于所述特制气氛环境中，将前驱体溶液以200-1000rpm的转速，一段旋涂于基底上2-10s，随后将转速升至2000-8000rpm，进行二段旋涂20-90s，形成发光波长为380nm-800nm的准二维钙钛矿薄膜。

16、本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制得的准二维钙钛矿发光薄膜。

17、本发明实施例提供的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，以有机-无机杂化卤化物钙钛矿前驱体溶液为基础，通过调整旋涂时的环境气氛来实现380nm-800nm可见波段内的发光可调，且旋涂过程中无需进行额外的退火以及反溶剂处理即可迅速获得发光性能优异、高环境稳定性与高相纯度的准二维钙钛矿薄膜，对实现激光发射以及高色纯显示与照明具有重要意义。

18、此制备方法工艺简单、可控性好、批次性稳定，有助于批量制备生产高性能激光器，且经济便捷，可重复性好；制备的准二维钙钛矿薄膜均匀致密、粗糙度小、发光性能优异、环境稳定性好、相纯度高，激光阈值低、品质因子高。

技术特征：

1.一种基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，将大分子阳离子有机物、一价阳离子卤化物、二价阳离子卤化物溶解于极性有机溶剂中，得到前驱体溶液的步骤，具体包括：

3.根据权利要求1或2所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述大分子阳离子有机物为萘甲胺类阳离子有机物、苯乙胺类阳离子有机物、正丁胺类阳离子有机物、苯基丁氨类阳离子有机物和三乙胺类阳离子有机物中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述一价阳离子卤化物为钾、铯、铷、甲胺和甲脒中的一种或多种的卤化物。

5.根据权利要求1或2所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述二价阳离子卤化物为铅、铬、锡和锗中的一种或多种的卤化物。

6.根据权利要求1或2所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述极性有机溶剂包括二甲基亚砜、n-n二甲基甲酰胺、γ-羟基丁酸内酯、n-甲基吡咯烷酮和乙二醇甲醚中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述特制气氛的气压为0.5-3000pa。

8.根据权利要求1所述的基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法，其特征在于，两段旋涂的方法为：于所述特制气氛环境中，将前驱体溶液以200-1000rpm的转速，一段旋涂于基底上2-10s，随后将转速升至2000-8000rpm，进行二段旋涂20-90s，形成发光波长为380nm-800nm的准二维钙钛矿薄膜。

9.一种采用权利要求1-8中任一项所述制备方法制得的准二维钙钛矿发光薄膜。

技术总结本发明公开了一种基于气氛调控的准二维钙钛矿发光薄膜及其制备方法，其属于发光材料与纳米技术领域，其中，准二维钙钛矿发光薄膜的制备方法包括以下步骤：将大分子阳离子有机物、一价阳离子卤化物、二价阳离子卤化物溶解于极性有机溶剂中，得到前驱体溶液；将前驱体溶液置于含有特制气氛的环境中进行两段旋涂，得到所述准二维钙钛矿发光薄膜；其中，所述特制气氛为二甲基亚砜、N‑N二甲基甲酰胺、异丙醇、乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种或多种经过挥发所形成的气氛。本发明通过调控气氛环境的成分比例就可以实现在380nm‑800nm可见光‑近红外范围内发光任意可调，无需退火及反溶剂处理即可迅速获得发光性能优异、高环境稳定性与高相纯度的准二维钙钛矿薄膜。技术研发人员：毕成浩,黄雪璇,任珂,郭驰宇受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2