一种喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法及其应用

本发明属于光电材料与半导体器件领域，具体涉及一种喷墨打印制备彩色显示屏的方法。

背景技术：

1、钙钛矿材料具有荧光量子效率高、发光光谱窄、发光颜色易调节等优点，在低成本、高质量、大尺寸、柔性显示中显示出极大的潜力。钙钛矿材料结构式一般为abx3，其中a和b是两种阳离子，x是卤素阴离子，一般为(i、br、cl)。通过改变其卤素元素，可以调节其发光颜色。

2、喷墨打印技术可实现大尺寸、低成本的显示，通常，通过喷墨打印制备彩色钙钛矿像素阵列有两种方案，一是使用极性溶剂的钙钛矿前驱体体系，如n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜；另一种是预合成的钙钛矿体系，如使用非极性溶剂的钙钛矿量子点。使用钙钛矿前驱体方案，强极性溶剂n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜等都对环境有较大危害，且钙钛矿成核、结晶等在喷墨打印及后续干燥退火过程中完成，工艺复杂且成膜质量难以控制；而使用非极性溶剂的钙钛矿量子点方案，需要合成红绿蓝三色钙钛矿量子点，成本较高。

3、钙钛矿材料在显示领域具有较大的应用潜力，而要实现钙钛矿全彩显示，首先要实现彩色钙钛矿像素阵列，目前的方案存在成本高，工艺复杂等问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中实现彩色钙钛矿像素阵列成本高、工艺复杂的问题，提供一种新型制备彩色钙钛矿像素阵列方法。本发明的技术方案具体如下：

2、(1)旋涂或喷墨打印或刮涂制备绿光钙钛矿薄膜于基板上；

3、(2)将含有碘的胺盐或金属碘化物溶解于有机溶剂，得到含有碘元素的墨水；

4、(3)将含有氯的胺盐或金属氯化物溶解于有机溶剂，得到含有氯元素的墨水；

5、(4)通过喷墨打印技术将上述两种墨水按照需要的图形结构分别打印在绿光钙钛矿薄膜上，得到红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列。

6、本发明中，通过喷墨打印技术将这上面配制的两种墨水按照需要的图形结构分别打印到绿光钙钛矿薄膜上，含碘墨水处会产生红光，含氯墨水处产生蓝光，通过红、绿、蓝发光点的组合，可以得到彩色钙钛矿像素阵列。

7、进一步地，在步骤(2)中，所述含有碘的胺盐选自甲基碘化胺、乙基碘化胺、丙基碘化胺、丁基碘化胺、异丁基碘化铵、戊胺碘、己胺氢碘酸盐、环己胺碘、庚胺碘、辛基碘化胺、壬基碘化铵、癸胺碘、十二烷基碘化胺、9-十八烯基碘化胺、十八胺碘、二乙胺碘、乙二胺碘、丙二胺碘、丁二胺碘、戊二胺碘、1,4-环己二甲胺碘、十二二胺碘、甲脒氢碘酸盐、苯基碘化胺、苯甲基碘化胺、苯乙基碘化胺、苯丙基碘化胺、苯丁基碘化铵、1-萘甲基碘化铵、胍基氢碘酸盐中的一种或多种。

8、进一步地，在步骤(2)中，所述含有碘的金属卤化物选自碘化锶、碘化钾、碘化锌、碘化铯中的一种。

9、更进一步地，在步骤(2)中，含有碘元素的墨水可为胺盐和金属卤化物的混合物。

10、进一步地，在步骤(2)中，所述的有机溶剂选自异丙醇、正丁醇、正辛醇、乙二醇、氯苯、环己基苯、邻二氯苯中的一种或多种。

11、进一步地，在步骤(3)中，所述含有氯的胺盐选自甲基氯化胺、乙基氯化胺、丙基氯化胺、丁基氯化胺、异丁基氯化铵、戊胺氯、辛基氯化胺、壬胺氯、十二烷基氯化胺、9-十八烯基氯化胺、二甲胺盐酸盐、乙二胺氯、丁二胺氯、辛二胺氯、1,6-己二胺氢溴酸盐、甲脒盐酸盐、苯甲基氯化胺、苯乙基氯化胺、苯丁基氯化铵、胍基氢氯酸盐中的一种或多种。

12、进一步地，在步骤(3)中，所述含有氯的金属卤化物选自氯化锶、氯化钾、氯化锌、氯化铯中的一种。

13、更进一步地，在步骤(3)中，含有氯元素的墨水可为胺盐和金属卤化物的混合物。

14、进一步地，在步骤(3)中，所述的有机溶剂选自异丙醇、正丁醇、正辛醇、乙二醇、氯苯、环己基苯、邻二氯苯中的一种或多种。

15、本发明还公开一种基于上述方法制备的彩色钙钛矿像素阵列发光二极管。

16、进一步地，彩色钙钛矿像素阵列发光二极管包括依次设置的阳极、空穴注入层、空穴传输层、彩色钙钛矿像素阵列、电子传输层、电子注入层和金属阴极电极。

17、进一步地，阳极为图案化的ito透明导电玻璃。

18、进一步地，空穴注入层的厚度为40nm；空穴注入层的材质为pedot:pss(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸)。

19、进一步地，空穴传输层的厚度为10nm；空穴传输层的材质为ptaa(聚[双(4-苯基)(2,4,7-三甲基苯基)胺])。

20、进一步地，彩色钙钛矿像素阵列发光层由上述方法制备，所述绿光钙钛矿薄膜厚度为15nm。

21、进一步地，电子传输层的厚度为40nm；电子传输层的材质为tpbi(1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯)。

22、进一步地，电子注入层的厚度为1nm；电子注入层的材质为lif(氟化锂)。

23、进一步地，金属阴极电极的厚度为100nm；金属阴极电极的材质为al。

24、进一步的，所述阳极在使用前经去离子水清洗、吹干、烘干和紫外臭氧预处理；

25、所述空穴注入层通过旋涂pedot:pss的水溶液后，烘干制备；

26、所述空穴传输层涂覆于空穴注入层表面，在120℃下退火；

27、所述彩色钙钛矿像素阵列发光层涂覆于空穴传输层表面，在60℃下退火；

28、所述电子注入层和阴极通过真空蒸镀制备。

29、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

30、本发明的彩色钙钛矿像素阵列及彩色钙钛矿像素阵列发光二极管制备工艺简单，在薄膜制备过程中即可实现光色调节，墨水组分简单易配制，可降低制备彩色钙钛矿像素阵列成本。

31、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的具体实施例并配合详细附图说明如后。

技术特征：

1.一种喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的含有碘的胺盐为烷基胺盐或芳香基胺盐。

3.根据权利要求1所述喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的含有氯的胺盐为烷基胺盐或芳香基胺盐。

4.根据权利要求1所述喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述金属碘化物为碘化锶、碘化钾、碘化锌、碘化铯中的一种或两种以上组合。

5.根据权利要求1所述喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述金属氯化物为氯化锶、氯化钾、氯化锌、氯化铯中的一种或两种以上组合。

6.根据权利要求1所述喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中，所述的有机溶剂可为异丙醇、正丁醇、正辛醇、乙二醇、氯苯、环己基苯、邻二氯苯中的一种以上。

7.根据权利要求1所述喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法，其特征在于：在步骤(4)中，采用喷墨打印技术制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素薄膜。

8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列应用于红绿蓝钙钛矿像素阵列发光二极管。

9.根据权利要求8所述应用，其特征在于，红绿蓝钙钛矿像素阵列发光二极管包括依次设置的阳极、空穴传输层、红绿蓝彩色钙钛矿像素阵列发光层、电子传输层、电子注入层和金属阴极电极。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述彩色钙钛矿像素阵列发光层，其中绿光钙钛矿薄膜由旋涂或喷墨打印或刮涂制备，红色、蓝色薄膜通过绿色薄膜转化实现；

技术总结
本发明公开一种喷墨打印制备红、绿、蓝彩色钙钛矿像素阵列的方法及其应用。该方法包括以下步骤：将钙钛矿旋涂或喷墨打印或刮涂于基板上，首先得到绿光钙钛矿薄膜，然后将含有碘的胺盐或金属卤化物溶解于有机溶剂中，得到含碘元素的墨水；另外，将含有氯的胺盐或金属卤化物溶解于有机溶剂，得到含有氯元素的墨水。本发明还公开了一种基于上述方法制备的彩色钙钛矿像素阵列发光二极管，其结构包括依次设置的阳极、空穴传输层、彩色钙钛矿像素阵列、电子传输层、电子注入层和金属阴极电极。

技术研发人员：彭俊彪,李丹阳,王俊杰,欧家琦
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13