СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относиться к области оптоэлектроники и служит для достижения улучшенных светоизлучающих характеристик устройств на основе нанокристаллов перовскитов [H01L33/00, H01L33/26, H01L33/36].
Из уровня техники известно МЕТАЛЛОГАЛОГЕНИДНОЕ ПЕРОВСКИТНОЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ [KR20170090216, опубл. 07.08.2017]. Изобретение предлагает светоизлучающее устройство на основе перовскита на основе галогенида металла и способ его изготовления. Металлогалогенид-перовскитное светоизлучающее устройство содержит: подложку; первый электрод, расположенный на подложке; светоизлучающий слой, расположенный на первом электроде и включающий перовскит галогенида металла; и второй электрод, расположенный на светоизлучающем слое. Первый электрод включает в себя проводящий прозрачный слой и транспортный слой с электронной проводимостью, расположенный на проводящем прозрачном слое, при этом проводящий прозрачный слой включает проводящий фторированный оксид олова, а поверхностный транспортный слой с электронной проводимостью находится в омическом контакте со светоизлучающим слоем перовскита галогенида металла.
Наиболее близким по технической сущности является ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ СВЕТОДИОД НА ОСНОВЕ ПЕРОВСКИТА С МОДИФИКАЦИЕЙ ИНТЕРФЕЙСА [RU195827, опубл. 27.11.2006], способный работать как солнечный элемент и как светодиод за счет перестроения зонной структуры, который содержит прозрачную подложку с прозрачным анодом, например оксид индия-олова (ITO), над которым последовательно расположены дырочный транспортный слой с проводимостью р-типа, например PEDOT:PSS, слой перовскита с гетерогалогенидом и органическим катионом, электронный транспортный слой с проводимостью n-типа, например С60, дырочный блокирующий слой или электронно-инжекционный слой, например LiF, катод, например серебро, а также два электрода.
Основной технической проблемой аналога и прототипа является низкая интенсивность электролюминесцентного излучения из-за существенных потерь при поглощении в непрозрачных контактах светоизлучающих устройств.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом является повышение интенсивности электролюминесцентного излучения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что светоизлучающее устройство, содержащее металлические электрические контакты, первую стеклянную подложку, под которой последовательно расположены первый проводящий слой с электронным типом проводимости, слой перовскитных наночастиц, слой с дырочным типом проводимости, отличающееся тем, что под первой стеклянной подложкой располагается первый проводящий прозрачный слой, выполненный из фторированного оксида олова, под транспортным слоем с электронным типом проводимости располагаются слой перовскитных нанокристаллов, транспортный слой с дырочной проводимостью и второй проводящий прозрачный слой, выполненный из смеси оксидов олова и индия, под которым располагается вторая стеклянная подложка, первый и второй проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами.
Краткое описание чертежей.
На фиг 1 показан вид в разрезе светоизлучающего устройства.
На чертежах обозначено:
1 - первая стеклянная подложка; 2 - первый проводящий прозрачный слой; 3 - транспортный проводящий слой с электронным типом проводимости; 4 - слой перовскитных наночастиц; 5 - проводящий слой с дырочным типом проводимости; 6 - второй проводящий прозрачный слой; 7 - вторая стеклянная подложка; 8 - металлические электрические контакты.
Осуществление полезной модели.
Светоизлучающее устройство характеризуется тем, что содержит первую стеклянную подложку 1, под которой последовательно располагаются: первый проводящий прозрачный слой 2, выполненный из фторированного оксида олова; транспортный слой с электронным типом проводимости 3; слой перовскитных наночастиц 4; транспортный проводящий слой с дырочным типом проводимости 5; второй проводящий прозрачный слой 6, выполненный из смеси оксидов олова и индия (ITO), и вторая стеклянная подложка 7. При этом первый 2 и второй 6 проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами 8, предназначенными для подключения к источнику тока.
Заявленный технический результат - повышение интенсивности электролюминесцентного излучения достигается за счет того, что под первой стеклянной подложкой 1 располагается первый проводящий прозрачный слой 2, под транспортным слоем с электронным типом проводимости 3 располагаются слой перовскитных нанокристаллов 4, транспортный слой с дырочной проводимостью 5 и второй проводящий прозрачный слой 6, под вторым проводящим прозрачным слоем 6 располагается вторая стеклянная подложка 7, первый 2 и второй 6 проводящие прозрачные слои соединены с металлическими электрическими контактами 8, предназначенными для подключения к источнику тока. Таким образом, один из проводящих прозрачных слоев имеет свойство инжекции электронов, а другой - дырок. Вышеописанная последовательность слоев дает возможность вывода светового излучения с двух противоположных сторон светоизлучающего устройства. Наличие двухсторонней структуры с электропроводящими прозрачными контактными слоями дает возможность существенно увеличить интенсивность электролюминесцентного излучения за счет ослабления потерь при поглощении в непрозрачном контакте.
В 2022 году заявителем был изготовлен промышленный образец заявленного устройства, опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат: интенсивности электролюминесцентного излучения была увеличена в 1,5-2 раза по сравнению с техническими решениями аналога и прототипа.
Вариант изготовления устройства.
3
2
3
На первом этапе для изготовления слоя перовскитных наночастиц 4 проводится синтез перовскитных нанокристаллов, например, CsPbBr. Для этого берется 0,4 ммоль CsBr, 0,48 ммоль PbBr и 600 мкл октиламина, которые перемешиваются в 10 мл диметилформамида в течение 10 часов. Затем к 0,5 мл этой смеси добавляется смесь толуола и олеиновой кислоты (10:2). Полученный раствор центрифугируется в течение 5 мин при 9000 об/мин. Супернатант (верхняя часть раствора) добавляется в метилацетат в соотношении 1:1 с последующим центрифугированием 10 мин и 9000 об/мин. После центрифугирования осадок диспергируется в толуоле. Затем проводится очистка перовскитных нанокристаллов от лишних лигандов, для чего используется раствор дидодецилдиметиламмония бромида в толуоле (0,05 моль/л), который добавляется к раствору нанокристаллов перовскита в соотношении 10:1 и перемешивается в течение 3-4 ч. Результирующий раствор дважды промывается метилацетатом с последующим центрифугированием и диспергированием в толуоле. В результате получается коллоидный раствор наночастиц состава CsPbBr с размерами нанокристаллов 10-20 нм в толуоле, который можно наносить на прозрачные проводящие электроды с помощью методом центрифугирования (spin-coating).
3
3
На втором этапе изготовления светоизлучающего устройства берутся первая 1 и вторая 7 стеклянные пластины толщиной 0,5-1 мм, на часть из которых методом магнетронного распыления наносятся слои толщиной 150-160 нм из фторированного оксида олова (FTO) или смеси оксидов олова и индия (ITO), формируя, тем самым первый 2 и второй 6 проводящие прозрачные слои. Затем на стеклянные пластины со слоем ITO поверх наносится методом центрифугирования последовательно 20-30 нм слой из прозрачного дырочного проводящего полимера, например, PEDOT:PSS, и перовскитных нанокристаллов, например, CsPbBr с толщиной 10-20 нм, примерно соответствующей размерам нанокристаллов, полученных описанным выше способом. Затем берутся стеклянные пластины со слоем FTO, на которые центрифугированием наносятся 20-30 нм слои из прозрачного электронного проводящего полимера, например TPBi, и данные пластины накладываются на стеклянные пластины с нанесенными последовательно слоями ITO, прозрачного дырочного проводящего полимера, например, PEDOT:PSS, и перовскитных нанокристаллов, по описанному выше способу. Затем проводится нагрев указанных структур в вакууме 0,01-0,1 мбар при температуре 140-150°С в течение 1-1,5 ч для диффузионного сращивания нанесенных слоев и стабилизации свойств формируемого светоизлучающего устройства. Затем данное устройство извлекается из вакуумной камеры, снабжается металлическими электрическими контактами, области которых герметизируются эпоксидной смолой, и может находиться и работать на воздухе при температурах от -20 до+50°С непрерывно в течение не менее 120 ч без существенно снижения эффективности светоизлучения (электролюминесценции) около 20-25% для светоизлучающих устройств на основе перовскитных нанокристаллов CsPbBr, излучающих в диапазоне длин волн 500-540 нм.
Опытное использование заявленного устройства, выполненного в соответствии с вышеуказанным вариантом изготовления, показало, что помимо достижения заявленного технического результата:
обеспечивается долговременная стабильность изделия, в связи с тем, что при его изготовлении не используются металлы, такие как, например, алюминий или серебро, которые обладают коэффициентами теплового расширения сильно отличающимися от таковых для проводящих полимеров и перовскитных нанокристаллов, а также могут окисляться на воздухе, что приводит к появлению нежелательных оксидов данных металлов, а, следовательно, дополнительным тепловым потерям и нестабильности работы светоизлучающего устройства.
обеспечивается возможность его использования в прозрачных индикаторных и информационных панелях, позволяющих наблюдение или считывание световой информации с двух сторон, что невозможно для существующих аналогов светоизлучающих устройств с одним непрозрачным контактом.
Заявленное техническое решение является единым изделием, которое изготавливается на заводе - изготовители.