CN108300455A - 一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜及其制备方法，其是利用良性溶剂分别配制一定浓度含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液，然后在选好的聚合物薄膜上根据尺寸需求进行图案化，再通过喷墨打印的方式将含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液打印在聚合物薄膜上，经烘干或低温抽真空处理，使得聚合物薄膜中的良性溶剂蒸发，聚合物薄膜收缩，而制得所述多彩聚合物复合薄膜。本发明采用溶胀效应制备出具有高荧光效率、并能隔绝水氧的多彩聚合物复合薄膜，其大大提高了量子点复合薄膜的稳定性，且方法简单，适用于发光显示器件的制备。

Description

一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿量子点发光技术领域，具体涉及一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜及其制备方法。
背景技术
过去的几年时间中，量子点作为有效的可发光太阳能光伏器件材料已经受到了广泛的关注，并且基于钙钛矿量子点而制作的光伏器件的效率也持续增长，这都归因于钙钛矿量子点自身的良好的色纯度和较高的荧光量子效率。但不得不指出的是，其对水、氧和热的敏感程度是无法忽略的，这导致了它在外部环境下的不稳定，也引起了制备和提纯中的困难。若是想使有机无机钙钛矿量子点最终实现它的低成本，制备高性能的光伏器件或者发光材料，则它对水、氧和热的不稳定性这一问题就必须被克服。而且，众所周知的是，当将钙钛矿量子点制备成太阳能电池等光伏器件时，需要使钙钛矿量子点形成一层良好、稳定的薄膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜及其制备方法，该方法可以大面积、低成本的制备稳定性好，并可隔绝水氧和热的钙钛矿量子点复合薄膜，从而为制备太阳能电池、光电探测器、场效应管、忆阻器和激光器等光伏器件提供了商业化和大规模化生产的可行性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜，其制备方法包括以下步骤：
步骤S1：利用良性溶剂分别配制一定浓度含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液；
步骤S2：制备具一定厚度和图案的聚合物薄膜；
步骤S3：根据图案需求在聚合物薄膜上打印所配制的钙钛矿前驱体溶液；
步骤S4：将聚合物复合物薄膜进行烘干处理或低温抽真空处理，以使聚合物复合物薄膜中的良性溶剂蒸发，聚合物薄膜产生消溶胀过程，从而在聚合物薄膜中生成在紫外灯照射下可发出明亮荧光的钙钛矿量子点；
步骤S5：封装整个多彩聚合物复合薄膜。
进一步地，步骤S1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1mg/ml-1000mg/ml；所述钙钛矿的分子式结构为ABX3，其中，X为卤素离子，包括Cl-、Br-、I-中的任意一种或几种；B为Pb2+或Sn2+；A为胺类有机基团、无机金属离子或两者的混合物；AX和BX2的摩尔比为1:1-1:10，通过调节AX和BX2之间的比例可调节钙钛矿前驱体溶液的浓度。
步骤S1中所述良性溶剂为极性溶剂，包括DMF、DMSO、丁内酯中的任意一种或几种。
进一步地，步骤S2中所述聚合物薄膜的厚度范围为1μm-2000μm，其包括聚苯乙烯（PS），聚碳酸酯（PC）、丙烯腈丁二烯（ABS）、醋酸纤维素（CA）、聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的任意一种。
步骤S2中，在聚合物薄膜上制作图案的方式包括喷墨打印、气流喷印、转印、微纳米压印、卷对卷图案化非光刻方法中的任意一种或几种。
进一步地，步骤S3中是通过喷墨打印技术将含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液打印在所制备的聚合物薄膜上，以获得具有多彩钙钛矿量子点聚合物复合薄膜；其中，喷墨打印的温度范围为30-100℃。
进一步地，步骤S4中所述烘干处理的温度为30-200℃；所述低温抽真空处理的抽真空范围为1×105Pa-1×10-3Pa。
进一步地，步骤S5中多彩聚合物复合薄膜的封装方法包括玻璃封装、薄膜封装或基于印刷的封装方式。
本发明所得基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜具有良好的抗水氧特性，根据所选的聚合物薄膜基板还可以制备透明的、有拉伸性的钙聚合物复合薄膜。
本发明利用溶胀原理，提出一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，该方法可以大面积、低成本的制备具有较好稳定性和水、氧、热隔绝性的聚合物复合薄膜，从而为制备太阳能电池、光电探测器、场效应管、忆阻器和激光器等光伏器件提供了商业化和大规模化生产的可行性。
具体实施方式
一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法包括以下步骤：
步骤S1：利用良性溶剂分别配制一定浓度含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液；
步骤S2：制备具一定厚度和图案的聚合物薄膜；
步骤S3：根据图案需求在聚合物薄膜上打印所配制的钙钛矿前驱体溶液；
步骤S4：将聚合物复合物薄膜进行烘干处理或低温抽真空处理；
步骤S5：封装整个多彩聚合物复合薄膜。
进一步地，步骤S1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1mg/ml-1000mg/ml；所述钙钛矿的分子式结构为ABX3，其中，X为卤素离子，包括Cl-、Br-、I-中的任意一种或几种；B为Pb2+或Sn2+；A为胺类有机基团、无机金属离子或两者的混合物；AX和BX2的摩尔比为1:1-1:10，通过调节AX和BX2之间的比例可调节钙钛矿前驱体溶液的浓度。
步骤S1中所述良性溶剂为极性溶剂，包括DMF、DMSO、丁内酯中的任意一种或几种。
进一步地，步骤S2中所述聚合物薄膜的厚度范围为1μm-2000μm，其包括聚苯乙烯（PS），聚碳酸酯（PC）、丙烯腈丁二烯（ABS）、醋酸纤维素（CA）、聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的任意一种。
步骤S2中，在聚合物薄膜上制作图案的方式包括喷墨打印、气流喷印、转印、微纳米压印、卷对卷图案化非光刻方法中的任意一种或几种。
进一步地，步骤S3中是通过喷墨打印技术将含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液打印在所制备的聚合物薄膜上，以获得具有多彩钙钛矿量子点聚合物复合薄膜；其中，喷墨打印的温度范围为30-100℃。
进一步地，步骤S4中所述烘干处理的温度为30-200℃；所述低温抽真空处理的抽真空范围为1×105Pa-1×10-3Pa。
进一步地，步骤S5中多彩聚合物复合薄膜的封装方法包括玻璃封装、薄膜封装或基于印刷的封装方式。
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，具体步骤为：
第一步：将0.4mmol PbBr2和0.8mmol CsBr溶解于10mL DMF中配制成前驱体溶液；
第二步：取2cm×2cm厚度为1000μm的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物薄膜，并通过转印的方法在薄膜上刻印多层环状图案；
第三步：通过喷墨打印的方法将上述配制好的前驱体溶液打印于刻印有图案的PMMA薄膜上，打印温度为35℃；
第四步：将打印好的聚合物薄膜进行烘干处理，烘干温度为60℃，烘干时间为10分钟，随着烘干时间的增加，可以观察到绿色钙钛矿量子点逐渐出现；
第五步：将制备好的钙钛矿量子点绿色聚合物复合薄膜进行玻璃封装处理。
实施例2
一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，具体步骤为：
第一步：将0.6mmol PbI2和0.6mmol CsI溶解于20mL DMF中配制成前驱体溶液A，将0.4mmol PbBr2和0.8mmol CsBr溶解于10mL DMF中配制成前驱体溶液B；
第二步：取2cm×2cm厚度为1000μm的聚苯乙烯（PS）聚合物薄膜，并通过转印的方法在薄膜上刻印四层环状图案；
第三步：通过喷墨打印的方法将前驱体溶液A打印于PS薄膜的一三层环状上，通过喷墨打印的方法将前驱体溶液B打印于PS薄膜的二四层环状上，打印温度为50℃；
第四步：将打印好的聚合物薄膜进行烘干处理，烘干温度为80℃，烘干时间为15分钟，随着烘干时间的增加，可以观察到红绿色的钙钛矿量子点逐渐出现；
第五步：将制备好的钙钛矿量子点多彩聚合物复合薄膜进行薄膜封装处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：利用良性溶剂分别配制一定浓度含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液；
步骤S2：制备具一定厚度和图案的聚合物薄膜；
步骤S3：根据图案需求在聚合物薄膜上打印所配制的钙钛矿前驱体溶液；
步骤S4：将聚合物复合物薄膜进行烘干处理或低温抽真空处理；
步骤S5：封装整个多彩聚合物复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1mg/ml-1000mg/ml；所述钙钛矿的分子式结构为ABX3，其中，X为卤素离子，包括Cl-、Br-、I-中的任意一种或几种；B为Pb2+或Sn2+；A为胺类有机基团、无机金属离子或两者的混合物；AX和BX2的摩尔比为1:1-1:10。
3.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述良性溶剂为极性溶剂，包括DMF、DMSO、丁内酯中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述聚合物薄膜的厚度范围为1μm-2000μm，其包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，在聚合物薄膜上制作图案的方式包括喷墨打印、气流喷印、转印、微纳米压印、卷对卷图案化非光刻方法中的任意一种或几种。
6.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中是通过喷墨打印技术将含不同阴离子种类的钙钛矿前驱体溶液打印在所制备的聚合物薄膜上，以获得具有多彩钙钛矿量子点聚合物复合薄膜；其中，喷墨打印的温度范围为30-100℃。
7.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述烘干处理的温度为30-200℃；所述低温抽真空处理的抽真空范围为1×105Pa-1×10-3Pa。
8.根据权利要求1所述的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S5中多彩聚合物复合薄膜的封装方法包括玻璃封装、薄膜封装或基于印刷的封装方式。
9.一种如权利要求1所述方法制得的基于钙钛矿量子点的多彩聚合物复合薄膜。
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