CH3NH3PbBr3鈣鈦礦發(fā)光二極管發(fā)光層成膜優(yōu)化的研究

李 婉

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

CH3NH3PbX3(X=Cl, Br, I)鈣鈦礦因載流子遷移率較高、易制備等優(yōu)點(diǎn)，已成為新一代發(fā)光材料，制備出的鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）效率也不斷在刷新紀(jì)錄。但仍然存在發(fā)光效率低等問題[1]?；诖耍疚奶骄縋eLED發(fā)光層成膜問題，通過研究成膜性，提高薄膜中晶粒的致密性來提高器件的發(fā)光效率。

1 不同轉(zhuǎn)速旋涂PEDOT：PSS對(duì)鈣鈦礦層成膜的影響

發(fā)光層是旋涂于空穴傳輸層上的，空穴傳輸層會(huì)直接影響鈣鈦礦前驅(qū)體的成膜，進(jìn)而影響發(fā)光層的成膜。所以空穴傳輸層的空穴注入被提高，可以間接提高發(fā)光層的成膜質(zhì)量。本文中空穴傳輸層采用PEDOT：PSS溶液，其在旋涂時(shí)的旋涂速度會(huì)影響成膜質(zhì)量，于是探究5組旋涂轉(zhuǎn)速對(duì)鈣鈦礦層成膜及器件性能的影響。具體制備流程如下。

1）清洗導(dǎo)電玻璃；2）空穴傳輸層制備，旋涂時(shí)轉(zhuǎn)速分別為：1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min；3）鈣鈦礦層制備，將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液分別旋涂于不同轉(zhuǎn)速下制備的PEDOT：PSS層上[2-3]。

隨后將制備好的薄膜進(jìn)行光致發(fā)光（PL）測(cè)試，PL光譜發(fā)光強(qiáng)度可以表明薄膜在光源激發(fā)下，薄膜發(fā)光情況，發(fā)光強(qiáng)度越高則薄膜質(zhì)量越好。測(cè)試圖如圖1所示，圖中可以看出當(dāng)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)光致發(fā)光光譜強(qiáng)度最大，所以得3 000 r/min轉(zhuǎn)速旋涂的PEDOT：PSS上制備的鈣鈦礦薄膜以及致密性是最好的。

圖1 不同轉(zhuǎn)速下旋涂的PEDOT：PSS上制備的鈣鈦礦薄膜PL圖

研究薄膜特性后，又制備了5組相應(yīng)的PeLED器件。將制備好的器件進(jìn)行電壓-電流測(cè)試、電壓-電流效率及電壓為3.8 V下電致發(fā)光（EL）光譜的測(cè)試，測(cè)試圖如圖2所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，圖2（a）顯示同一電壓下電流最小，說明漏電流減小[4]，圖2（b）電流效率最高可達(dá)到0.47 cd/A，圖2（c）EL也可以看出轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)發(fā)光強(qiáng)度最高。綜上分析，選擇3 000 r/min的轉(zhuǎn)速旋涂PEDOT：PSS。

圖2 不同轉(zhuǎn)速下旋涂的PEDOT：PSS上制備的PeLED電學(xué)特性

2 鈣鈦礦層不同退火溫度對(duì)成膜性的影響

鈣鈦礦發(fā)光器件除空穴傳輸層對(duì)器件發(fā)光效率有重要的影響外，鈣鈦礦層薄膜自身也直接會(huì)影響器件的發(fā)光效率。本實(shí)驗(yàn)采用CH3NH3Br、PbBr2和極性溶液按一定比例混合進(jìn)行配制鈣鈦礦前驅(qū)液，CH3NH3Br、PbBr2的結(jié)晶速率會(huì)影響鈣鈦礦薄膜的形貌，而其結(jié)晶速率對(duì)退火溫度非常敏感。對(duì)薄膜進(jìn)行退火處理目的是讓材料內(nèi)部的應(yīng)力進(jìn)行釋放，增加晶粒延展性，提高鈣鈦礦薄膜的成膜質(zhì)量。具體制備流程為：1）清洗導(dǎo)電玻璃；2）空穴傳輸層制備，在旋涂時(shí)轉(zhuǎn)速采用3 000 r/min；3）鈣鈦礦層制備，將配制好的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液旋涂于空穴傳輸層上，旋涂完后將基片分別置于不同溫度（分別為不退火、50 ℃、70℃、90 ℃）的加熱臺(tái)上進(jìn)行退火。

將4種不同退火溫度下制備的鈣鈦礦薄膜進(jìn)行PL測(cè)試，測(cè)試圖如圖3所示。從光譜半峰寬來看，半峰寬越窄證明薄膜致密性越好，載流子復(fù)合增大[5-6]，發(fā)光強(qiáng)度越穩(wěn)定，從圖中可以看出退火溫度為50 ℃和70 ℃時(shí)半峰寬度較窄；從發(fā)光強(qiáng)度來看，發(fā)光強(qiáng)度越大表明出光效率越好[7-8]，當(dāng)退火溫度為70 ℃時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度最高，所以經(jīng)過PL分析，70 ℃為最佳退火溫度。

圖3 四種鈣鈦礦薄膜PL圖

最終將4種不同條件下制備的鈣鈦礦薄膜制備成發(fā)光器件，再將器件進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試圖如圖4所示。圖4中（a）（b）（c）分別為不同退火溫度下制備的PeLED器件的電壓-電流關(guān)系圖、電壓-電流效率關(guān)系圖以及驅(qū)動(dòng)電壓為3.8 V時(shí)的EL圖。從圖中可以看出當(dāng)鈣鈦礦薄膜退火溫度為70 ℃時(shí)電流是最小的，表明薄膜中漏電流最小，同時(shí)電流效率為0.65 cd/A，EL強(qiáng)度也是最大的[9-10]。所以通過電學(xué)性能分析，也可以得到退火溫度為70 ℃時(shí)，器件發(fā)光效率最高。

圖4 不同退火溫度制備PeLED電學(xué)特性

綜上數(shù)據(jù)分析，可以得到空穴傳輸層的最佳旋涂轉(zhuǎn)速及鈣鈦礦層最佳退火溫度，目的是對(duì)鈣鈦礦層薄膜進(jìn)行優(yōu)化處理，即增大薄膜覆蓋率，減少表面孔洞，提高器件的發(fā)光效率。

3 結(jié)論

本文針對(duì)CH3NH3PbBr3鈣鈦礦發(fā)光二極管成膜性，從空穴傳輸層的旋涂速度以及鈣鈦礦層溶液旋涂完后的退火溫度兩個(gè)因素進(jìn)行探究，最終從薄膜的性能測(cè)試數(shù)據(jù)當(dāng)中得到：旋涂空穴傳輸層溶液的轉(zhuǎn)速采用3 000 r/min時(shí)，鈣鈦礦薄膜形貌較好，器件效率較高；當(dāng)鈣鈦礦層溶液旋涂完后使用70 ℃退火時(shí)，薄膜質(zhì)量較好，器件效率較高。