一种提高无机钙钛矿量子点发光效率的方法

摘要

本发明公开了一种提高无机钙钛矿量子点发光效率的方法。该方法的主要步骤为：利用等离子体化学气相沉积技术制备非晶氮化硅层，利用旋涂法在非晶氮化硅层上涂上一层无机钙钛矿量子点，再进一步利用离子体化学气相沉积技术在无机钙钛矿量子点上制备非晶氮化硅层，以构建非晶氮化硅/无机钙钛矿量子点/非晶氮化硅三明治结构，从而获取由非晶氮化硅包裹着的无机钙钛矿量子点复合结构；最后利用紫外光或蓝光对这种复合结构材料进行辐照，进而获得发光效率增强的无机钙钛矿量子点。本发明的方法可将钙钛矿量子点发光效率提高3倍以上，并能有效缩短提高发光效率所需的光辐照时间。

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种提高无机钙钛矿量子点发光效率的方法。

背景技术

无机钙钛矿发光量子点作为一种新型发光材料，因其具有制备过程简单、发射光谱峰宽度窄、荧光量子效率高、发光波长可调等优点而备受关注。相比于有机-无机杂化的钙钛矿材料，全无机钙钛矿具有更高的稳定性和荧光量子效率等优势。因此，自2015年瑞士的Maksym课题组首次报道全无机钙钛矿量子点(CsPbX₃，X＝Cl,Br,I)以来，短短几年，全无机钙钛矿量子点已在激光、发光二极管、显示屏、探测器等光电器件领域展现了的巨大应用前景。

尽管全无机钙钛矿量子点的发光效率高，但其稳定性差。研究表明，通过采用包覆方式，在钙钛矿量子点外层包覆一层钝性材料作为气体和离子扩散阻挡层，能有效降低空气、光、热和水分对CsPbX₃量子点的影响，进而提高钙钛矿量子点的稳定性。目前大多采用化学方法或原子沉积技术来实现对钙钛矿量子点的包覆。由于钙钛矿量子点对周围环境高度敏感，在包覆量子点的过程中，沉积基团会与钙钛矿量子点表面发生反应，在一定程度上会破坏钙钛矿量子点表面结构，引发钙钛矿量子点的衰退，同时，使其表面缺陷态密度增加，这些都导致钙钛矿量子点的发光效率显著下降。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种由非晶氮化硅包裹着的无机钙钛矿量子点复合结构，并利用紫外光或蓝光对这种复合结构材料进行辐照，进而提高无机钙钛矿量子点发光效率的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高无机钙钛矿量子点发光效率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

a)利用化学气相沉积方法，通入反应源气体SiH₄和NH₃，在衬底上沉积非晶氮化硅薄层，即a-SiN_x:H薄膜；

b)在a-SiN_x:H薄膜上，利用旋涂法镀上无机钙钛矿CsPbBr3量子点薄膜，形成a-SiN_x:H/CsPbBr3量子点薄膜；

c)在制备的a-SiN_x:H/CsPbBr3量子点薄膜上，利用化学气相沉积方法沉积a-SiN_x:H薄膜，得到a-SiN_x:H/CsPbBr3/a-SiN_x:H复合结构；

d)利用紫外光或蓝光对步骤c)得到的复合结构进行辐照。

进一步地，所述步骤a)中，气体NH₃与SiH₄的流量比为2～10。

进一步地，所述步骤a)中，沉积a-SiN_x:H薄膜使用的射频信号的射频功率为5-300W，温度为50-400℃。

进一步地，所述步骤c)中，沉积a-SiN_x:H薄膜使用的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃。

进一步地，所述步骤d)中，紫外光或蓝光辐照到复合结构表面的功率密度小于50W/cm²。

本发明的方法具有以下优点：

(1)本发明的非晶氮化硅包裹无机钙钛矿量子点复合结构的制备，无需昂贵的设备技术，制备过程简单，成本低，并且与当前微电子工艺相兼容，易于实用化。

(2)本发明利用紫外光或蓝光对复合结构材料进行辐照，可以精确调节参数，过程简单，有很好的可控性和重复性，可靠性高。

(3)本发明利用紫外光或蓝光对非晶氮化硅包裹的无机钙钛矿量子点复合结构进行辐照，可将钙钛矿量子点发光效率提高3倍以上；同时，通过控制辐照的光功率密度，可有效缩短提高发光效率所需的光辐照时间。

附图说明

图1是本发明在光辐照下的非晶氮化硅包裹的无机钙钛矿量子点复合结构示意图，1-衬底，2-无机钙钛矿量子点，3-非晶氮化硅。

图2是由NH₃与SiH₄流量比为15:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为0.16W/cm²的365nm紫外光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系。

图3是由NH₃与SiH₄流量比为10:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为0.16W/cm²的365nm紫外光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系。

图4是由NH₃与SiH₄流量比为7.5:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为0.16W/cm²的365nm紫外光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系。

图5是由NH₃与SiH₄流量比为7.5:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为15.9W/cm²的465nm蓝光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系。

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方法作进一步地详细描述。

实施例1

a)在平板电容型射频等离子体增强化学气相沉积设备中，通入SiH₄和NH₃反应源气体，在石英衬底1上淀积非晶氮化硅3薄层，即a-SiN_x:H薄膜，制备a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH₃与SiH₄的流量比为15:3。

b)形成a-SiN_x:H薄膜后，在a-SiN_x:H薄膜上，利用旋涂法镀上无机钙钛矿CsPbBr₃量子点2薄膜，即a-SiN_x:H/CsPbBr₃量子点薄膜；

c)进一步在步骤b)的量子点薄膜基础上，利用平行板电容型射频等离子体增强化学气相沉积方法淀积a-SiN_x:H薄膜，得到a-SiN_x:H/CsPbBr₃/a-SiN_x:H复合结构，即由非晶氮化硅3包裹着的无机钙钛矿量子点2复合结构，所制备的a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH₃与SiH₄的流量比为15:3；

d)利用365nm紫外光对得到的复合结构进行辐照，紫外光辐照到复合结构表面的功率密度0.16W/cm²。

e)由NH₃与SiH₄流量比为15:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为0.16W/cm²的365nm紫外光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系如图2所示。

结果表明，利用本实施例的方法使得CsPbBr₃钙钛矿量子点发光效率提高了3倍以上。

实施例2

a)在平板电容型射频等离子体增强化学气相沉积设备中，通入SiH₄和NH₃气体，在石英衬底1上淀积非晶氮化硅3薄层，即a-SiN_x:H薄膜，制备a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH₃与SiH₄的流量比为10:3。

b)形成a-SiN_x:H薄膜后，在a-SiN_x:H薄膜上，利用旋涂法镀上无机钙钛矿CsPbBr₃量子点2薄膜，即a-SiN_x:H/CsPbBr₃量子点薄膜；

c)进一步在步骤b)的量子点薄膜基础上，利用平行板电容型射频等离子体增强化学气相沉积方法淀积a-SiN_x:H薄膜，得到a-SiN_x:H/CsPbBr₃/a-SiN_x:H复合结构，即由非晶氮化硅3包裹着的无机钙钛矿量子点2复合结构，所制备的a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH3与SiH4的流量比为10:3。

d)利用365nm紫外光对得到的复合结构进行辐照，紫外光辐照到复合结构材料表面的功率密度0.16W/cm²。

e)由NH₃与SiH₄流量比为10:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为0.16W/cm²的365nm紫外光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系如图3所示。

结果表明，利用本实施例的方法使得CsPbBr₃钙钛矿量子点发光效率提高了4.5倍以上。

实施例3

a)在平板电容型射频等离子体增强化学气相沉积设备中，通入SiH₄和NH₃气体，在石英衬底1上淀积非晶氮化硅3薄层，即a-SiN_x:H薄膜，制备a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH3与SiH4的流量比为7.5:3。

b)形成a-SiN_x:H薄膜后，在a-SiN_x:H薄膜上，利用旋涂法镀上无机钙钛矿CsPbBr₃量子点2薄膜，即a-SiN_x:H/CsPbBr₃量子点薄膜；

c)进一步在步骤b)的量子点薄膜基础上，利用平行板电容型射频等离子体增强化学气相沉积方法淀积a-SiN_x:H薄膜，得到a-SiN_x:H/CsPbBr₃/a-SiN_x:H复合结构，即由非晶氮化硅3包裹着的无机钙钛矿量子点2复合结构，所制备的a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH3与SiH4的流量比为7.5:3；

d)利用365nm紫外光对得到的复合结构进行辐照，紫外光辐照到复合结构材料表面的功率密度0.16W/cm²。

e)由NH₃与SiH₄流量比为7.5:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为0.16W/cm²的365nm紫外光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系如图4所示。

结果表明，利用本实施例的方法使得CsPbBr₃钙钛矿量子点发光效率提高了6倍以上。

实施例4

a)在平板电容型射频等离子体增强化学气相沉积设备中，通入SiH₄和NH₃气体，在石英衬底1上淀积非晶氮化硅3薄层，即a-SiN_x:H薄膜，制备a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH₃与SiH₄的流量比为7.5:3。

b)形成a-SiN_x:H薄膜后，在a-SiN_x:H薄膜上，利用旋涂法镀上无机钙钛矿CsPbBr₃量子点薄膜，即a-SiN_x:H/CsPbBr₃量子点薄膜；

c)进一步在步骤b)的量子点薄膜基础上，利用平行板电容型射频等离子体增强化学气相沉积方法淀积a-SiN_x:H薄膜，得到a-SiN_x:H/CsPbBr₃/a-SiN_x:H复合结构，即由非晶氮化硅3包裹着的无机钙钛矿量子点2复合结构，所制备的a-SiN_x:H薄膜的射频信号的射频功率为5-60W，温度为50-120℃，反应源气体NH₃与SiH₄的流量比为7.5:3；

d)利用465nm紫外光对得到的复合结构进行辐照，紫外光辐照到复合结构材料表面的功率密度15.9W/cm²。

e)由NH₃与SiH₄流量比为7.5:3制备的非晶氮化硅包裹的CsPbBr₃钙钛矿量子点复合结构经过光功率密度为15.9W/cm²的465nm蓝光辐照后，其光致绿光发射强度随辐照时间的关系如图5所示。

结果表明，本实施例经光功率密度为15.9W/cm²的465nm蓝光辐照后，CsPbBr₃钙钛矿量子点发光效率提高了6倍以上，并且所需的辐照时间比实施例1-3大幅缩短。

除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变化的技术方案(例如利用磁控溅射技术制备非晶氮化硅薄膜、采用其它短波光源辐照无机钙钛矿量子点等等)，均落在本发明要求的保护范围。