CN102544280A - 一种无机量子点近红外光致发光器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种无机量子点近红外光致发光器件，由发光层A、衬底、阳极电极层、发光层B和阴极电极层依次堆叠而成，其中发光层A和发光层B为单层无机量子点薄膜；该发光器件的制备方法是，通过旋涂工艺在透明衬底附有阳极电极层上制备无机量子点薄膜作为发光层B，通过热蒸发法制备在发光层B上阴极电极层，最后在衬底没有阳极电极层的那一侧通过旋涂工艺制备发光层A。本发明的优点是，采用无机量子点作为发光层，实现近红外光发射，器件发光效率高，光谱单色性好、光学稳定性高。同时采用旋涂工艺，简化了制备过程，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子半导体元器件技术领域，特别涉及一种无机量子点近红外光致发光器件及其制备方法。
背景技术
当纳米材料的特征尺寸在三个维度上都小于相应体材料的激子波尔半径时，其电子在三个维度的运动就会受到不同程度的限制，即电子运动的能量在三个维度上都处于量子化，此类纳米材料也被称作量子点。量子点由于尺寸效应和介电限域效应，表现出独特的发光特性，具有较高的发光效率，激发光波长范围宽，并且可以通过改变量子点的尺寸来调控发射光谱的位置。
光致发光是指用光激发发光体引起发光的现象。量子点由于受到量子尺寸效应的影响，原来准连续的能级结构变成了不连续的分立能级，一束光照射到量子点上时，量子点材料吸收光子，低能级的电子跃迁到高能级，在高能级上的电子处于不稳定的状态，经过短暂的时间后会跃迁回到低能级，跃迁产生的能量以光子的形式释放出来，产生发光现象。整个光致发光的过程分为吸收，激发，能量传递以及光发射四个步骤。因此制备无机量子点薄膜，并通过光致发光激发无机量子点，可得到近红外区域的光发射。
近红外是人们最早发现的非可见光区域，近红外光光散射效应大，穿透深度大，被吸收的光强很小，而且其波长短，因而不被玻璃或石英介质所吸收。由于这些特性，近红外光源在生物检测、光通信和军事应用等方面有着巨大潜能，因此研制近红外发光器件具有非常的意义。
发明内容
本发明的目的是针对以上分析，提供一种无机量子点近红外光致发光器件及制备方法，该发光器件的发光效率高、光谱单色性好、光学稳定性高；发光层采用旋涂工艺制备，简化了制备工艺，降低了器件成本。
本发明技术方案：
一种无机量子点近红外光致发光器件，由发光层A、透明衬底、阳极电极层、发光层B和阴极电极层依次堆叠构成，发光层A和发光层B为单层无机量子点薄膜，阳极层为透明导电金属氧化物，阴极电极层为导电金属。
所述发光层A和发光层B为单层无机量子点薄膜。
所述光发光层A的无机量子点薄膜为非化学质量比的无机量子点硫化铅PbS量子点、硫化二银Ag2S量子点或硒化铅PbSe量子点，所述量子点颗粒直径小于4纳米。
所述发光层B的无机量子点薄膜为非化学质量比的无机量子点硫化锌ZnS量子点、氧化锌ZnO量子点或硫化镉CdS量子点，所述量子点颗粒直径小于4纳米。
所述阳极电极层为透明导电金属氧化铟锡ITO。
所述阴极电极层为导电金属铝Al或镁Mg。
一种所述无机量子点近红外光致发光器件的制备方法，步骤如下：
1)将设有透明衬底的阳极层用超纯水进行超声清洗10-15分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2-3小时，烘干温度为120-140℃；
2)将发光层B所用量子点材料溶于丙酮溶液，并用超声设备使量子点在丙酮溶液中充分分散，其中量子点在丙酮溶液中的浓度为1.5-3毫克/毫升；
3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点丙酮溶液作为发光层B，匀胶速度为每分钟500-1000转，时间为4-10秒，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干5-6小时，烘干温度为100-120℃；
4)用真空热蒸发法制备阴极电极层，在真空度达到9×10-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层B上，蒸镀速度控制在1-3纳米/秒；
5)将发光层A所用量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为1.5-3毫克/毫升；
6)用匀胶机在衬底的另一侧旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为发光层A，匀胶速度为每分钟500-1000转，时间为4-10秒，然后在鼓风干燥箱中烘干20-30小时，烘干温度为70-90℃。
本发明工作原理：
本发明的无机量子点近红外光致发光器件中，发光层B的无机量子点的电致发光谱与发光层A的无机量子点光致发光激发光谱相互重叠，发光层A的无机量子点的光致发光谱位于近红外区域。当对器件施加正向偏压的情况下，从阳极电极层注入的空穴，与从阴极电极层注入的电子，在发光层B中复合发射出光，发射出的光由衬底上附有发光层A的一侧发射出，并激发发光层A，发射出近红外光。
本发明的优点：
由本发明制备的无机量子点近红外光致发光器件，采用无机量子点作为发光层，实现了近红外光发射，器件的发光效率高、光谱单色性好、光学稳定性高；发光层采用旋涂工艺制备，简化了制备工艺，降低了器件生产成本。
附图说明
图1为无机量子点近红外光致发光器件结构示意图。
图中：1.发光层A 2.衬底3.阳极电极层4.发光层B 5.阴极电极层
图2为该无机量子点近红外光致发光器件发光层A所用无机量子点的光致发光激发光谱和发光层B电致发光发射光谱。
图3为该无机量子点近红外光致发光器件的发光光谱图。
具体实施方式
实施例1：
一种所述无机量子点近红外光致发光器件的制备方法，步骤如下：
1)将设有玻璃透明衬底的阳极层氧化铟锡ITO用超纯水进行超声清洗10分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2小时，烘干温度为120℃；
2)将ZnS量子点材料溶于丙酮溶液，并用超声设备使量子点在丙酮溶液中充分分散，其中量子点在丙酮溶液中的浓度为1.5毫克/毫升；
3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点丙酮溶液作为发光层B，匀胶速度为每分钟500转，时间为10秒，旋涂之后放在真空干燥箱中烘干，烘干条件为在0.1个大气压下烘干5小时，烘干温度为120℃；
4)用真空热蒸发法制备阴极电极层铝Al，在真空度达到9×10-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层B上，速度控制在1.5纳米/秒；
5)将PbS量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为1.5毫克/毫升；
6)用匀胶机在衬底的另一侧旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为发光层A，匀胶速度为每分钟500转，时间为7秒，旋涂之后在鼓风干燥箱中烘干20小时，烘干温度为90℃。
图1为无机量子点近红外光致发光器件结构示意图，该器件由发光层A1、衬底2、阳极电极层3、发光层B 4和阴极电极层5依次堆叠而成。
图2为该发光器件发光层A所采用的PbS量子点光致发光激发光谱图和ZnS量子点薄膜作为发光层B时的电致发光发射光谱，其中：实线为发光层A光谱图，虚线为发光层B光谱图，由JY-稳态-瞬态荧光光谱仪检测。
图3为该器件的发光光谱图，由JY-稳态-瞬态荧光光谱仪检测，图中显示：发光光谱中心波长为1330纳米，处在近红外波段。
实施例2：
一种所述无机量子点近红外光致发光器件的制备方法，步骤如下：
1)将设有玻璃透明衬底的阳极层氧化铟锡ITO用超纯水进行超声清洗12分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2小时，烘干温度为130℃；
2)将ZnO量子点材料溶于丙酮溶液，并用超声设备使量子点在丙酮溶液中充分分散，其中量子点在丙酮溶液中的浓度为2毫克/毫升；
3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点丙酮溶液作为发光层B，匀胶速度为每分钟800转，时间为8秒，旋涂之后放在真空干燥箱中烘干，烘干条件为在0.1个大气压下烘干5小时，烘干温度为110℃；
4)用真空热蒸发法制备阴极电极层铝Al，在真空度达到9×10-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层B上，速度控制在2纳米/秒；
5)将PbSe量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为2毫克/毫升；
6)用匀胶机在衬底的另一侧旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为发光层A，匀胶速度为每分钟700转，时间为6秒，旋涂之后在鼓风干燥箱中烘干25小时，烘干温度为80℃。
该实施例制备的无机量子点近红外光致发光器件，其发光光谱显示效果与实施例1相同。
实施例3：
一种所述无机量子点近红外光致发光器件的制备方法，步骤如下：
1)将设有玻璃透明衬底的阳极层氧化铟锡ITO用超纯水进行超声清洗15分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干3小时，烘干温度设为100℃；
2)将CdS量子点材料溶于丙酮溶液，并用超声设备使量子点在丙酮溶液中充分分散，其中量子点在丙酮溶液中的浓度为3毫克/毫升；
3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点丙酮溶液作为发光层B，匀胶速度为每分钟1000转，时间为4秒，旋涂之后需在真空干燥箱中烘干，烘干条件为在0.1个大气压下烘干6小时，烘干温度为100℃；
4)用真空热蒸发法制备阴极电极层镁Mg，在真空度达到9×10-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层B上，速度控制在3纳米每秒；
5)将发PbS量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为3毫克/毫升；
6)用匀胶机在衬底的另一侧旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为发光层A，匀胶速度为每分钟1000转，时间为4秒，旋涂之后在鼓风干燥箱中烘干30小时，烘干温度为70℃。
该实施例制备的无机量子点近红外光致发光器件，其发光光谱显示效果与实施例1相同。
Claims (7)
1.一种无机量子点近红外光致发光器件，其特征在于：由发光层A、透明衬底、阳极电极层、发光层B和阴极电极层依次堆叠构成，发光层A和发光层B为单层无机量子点薄膜，阳极层为透明导电金属氧化物，阴极电极层为导电金属。
2.根据权利要求1所述无机量子点近红外光致发光器件，其特征在于：所述发光层A和发光层B为单层无机量子点薄膜。
3.根据权利要求1所述无机量子点近红外光致发光器件，其特征在于：所述光发光层A的无机量子点薄膜为非化学质量比的无机量子点硫化铅PbS量子点、硫化二银Ag2S量子点或硒化铅PbSe量子点，所述量子点颗粒直径小于4纳米。
4.根据权利要求1所述无机量子点近红外光致发光器件，其特征在于：所述发光层B的无机量子点薄膜为非化学质量比的无机量子点硫化锌ZnS量子点、氧化锌ZnO量子点或硫化镉CdS量子点，所述量子点颗粒直径小于4纳米。
5.根据权利要求1所述无机量子点近红外光致发光器件，其特征在于：所述阳极电极层为透明导电金属氧化铟锡ITO。
6.根据权利要求1所述无机量子点近红外光致发光器件，其特征在于：所述阴极电极层为导电金属铝Al或镁Mg。
7.一种如权利要求1所述无机量子点近红外光致发光器件的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)将设有透明衬底的阳极层用超纯水进行超声清洗10-15分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2-3小时，烘干温度为120-140℃；
2)将发光层B所用量子点材料溶于丙酮溶液，并用超声设备使量子点在丙酮溶液中充分分散，其中量子点在丙酮溶液中的浓度为1.5-3毫克/毫升；
3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点丙酮溶液作为发光层B，匀胶速度为每分钟500-1000转，时间为4-10秒，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干5-6小时，烘干温度为100-120℃；
4)用真空热蒸发法制备阴极电极层，在真空度达到9×10-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层B上，蒸镀速度控制在1-3纳米/秒；
5)将发光层A所用量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为1.5-3毫克/毫升；
6)用匀胶机在衬底的另一侧旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为发光层A，匀胶速度为每分钟500-1000转，时间为4-10秒，然后在鼓风干燥箱中烘干20-30小时，烘干温度为70-90℃。
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