CN103441221B - 基于石墨烯的柔性量子点发光二极管器件及其制备方法 - Google Patents

基于石墨烯的柔性量子点发光二极管器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柔性石墨烯量子点发光二极管器件及其制备方法，柔性基底上形成阴极1，在所述阴极上的石墨烯2作为空穴层，在所述石墨烯上的量子点4作为发光层，和所述量子点层上制备的阳极5，其中石墨烯2与量子点4之间采用双功能分子3自组装方式连接。所述石墨烯2为经过双功能分子修饰的单层或多层。所述双功能分子3包括巯基乙酸、巯基丙酸，其一端与石墨烯2相接，另外一端与量子点4相接。所述石墨烯2空间结构与阴极1水平或竖直。本发明提供的发光二极管器件采用双功能分子连接石墨烯与量子点，可以加速空穴传输速率，减小层与层之间的内在电阻，降低开启电压，提高器件的工作寿命。

Description

基于石墨烯的柔性量子点发光二极管器件及其制备方法
技术领域
本发明属于量子点发光二极管器件领域，具体涉及一种柔性石墨烯量子点发光二极管的结构及其制备方法。
背景技术
量子点发光二极管（QD-LED）是使用量子点材料作为发光层应用到有机或聚合物电致发光器件中的一种新型显示器件。由于量子点的发射光谱半峰宽狭窄，并且随着量子点尺寸大小的改变，光谱范围也会发生位移，因而QD-LED器件不仅发光效率高，而且发光范围可覆盖整个可见光谱范围。因而，近几年来，QD-LED 器件的研究受到国内外研究小组的广泛关注。
目前石墨烯由于其独特的光电性质，受到人们的广泛关注。石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层相同，是碳原子以sp2杂化轨道形成的蜂巢晶格排列的单层二维晶体。石墨烯结构稳定，碳-碳键距仅为1.42 Å。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力的情况下，碳原子面可以弯曲变形，使得碳原子不用重排，因而能够保持结构的稳定性，进而使得石墨烯有优秀的导热性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高量子点发光二极管能效的器件结构。
本发明的另一目的是提供一种制备柔性石墨烯量子点发光二极管的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术手段是：
柔性石墨烯量子点发光二极管器件，柔性基底上形成阴极1，在所述阴极上的石墨烯2作为空穴层，在所述石墨烯上的量子点4作为发光层，和所述量子点层上制备的阳极5，其中石墨烯2与量子点4之间采用双功能分子3自组装方式连接。
所述石墨烯2为经过双功能分子修饰的单层或多层。
所述双功能分子3包括巯基乙酸（TGA）、巯基丙酸（MPA），其一端与石墨烯2相接，另外一端与量子点4相接。
所述石墨烯2空间结构与阴极1水平或竖直。
所述量子点4为核壳结构，核为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅中的一种或者几种，壳为硫化锌、硒化锌中的一种，量子点表面包裹有羧基、氨基、羟基、硅烷基中的一种基团。
所述的量子点发光二极管器件的制备方法包括如下步骤：
1）将石墨烯层转移到柔性衬底上，空间结构与衬底水平或垂直，柔性衬底为PET/ITO；
2）对石墨烯进行表面修饰处理，将步骤1）转移好的石墨烯浸泡于摩尔质量分数为0.01~1 M的巯基乙酸或者巯基丙酸溶液中，浸泡0.5－10小时，将双功能分子修饰到石墨烯表面上；
3）量子点的制备：采用高温金属分解法制备量子点，并在量子点颗粒的表面上包裹羧基、氨基、羟基、硅烷基中一种基团；将步骤2）制备的具有石墨烯层的电极放入量子点溶液中进行自组装，将量子点层制备于石墨烯层之上；
4）在量子点层上制备阳极电极。
所述步骤4）中量子点溶液摩尔浓度为0.01~10 M，自主装时间为0.1－20小时。
有益效果：
（1）石墨烯可以使用溶液处理技术沉积在ITO玻璃上，操作简单，同时它的溶液呈现中性，对器件无腐蚀作用，不仅可以减小器件中界面阻抗，防止PEDOT层对ITO的腐蚀，而且可以防止ITO中的In元素向有机层的侵入，导致器件能效的降低；加速器件内电子与空穴复合速率，降低开启电压，提高器件的工作寿命。
（2）石墨烯的能带位置在4.6 eV， 比PEDOT导带位置有所提升。QD-LED器件中的开启电压为空穴传输层价带和电子传输层导带能级差，引人石墨烯后器件的理论开启电压降低；
（3）由于石墨烯的超高电子迁移率和导电性，使得空穴可以较快的注入和传输到空穴层和发光层的界面上，与发光层中的电子复合产生光子。
（4）采用双功能分子连接石墨烯与量子点，可以加速空穴传输速率，减小层与层之间的内在电阻，降低开启电压。
分别采用石墨烯与PEDOT作为空穴传输层，制备量子点发光二极管器件。石墨烯作为空穴传输层的量子点发光二极管器件的开启电压可以降低至2 V以下，未封闭器件的工作寿命达到300小时以上。PEDOT作为空穴传输层的量子点发光二极管器件的开启电压大于2 V，工作寿命低于200小时。
附图说明
图1是量子点敏化太阳能电池的结构，其中：1——阴极，2——石墨烯，3—双功能分子，4——量子点，5——阳极；
图2石墨烯（实线）、PEDOT(虚线)分别作为空穴传输层的量子点发光二极管器件的I-V曲线。
具体实施方式：
石墨烯层的制备参见《201010613212.9基于羟胺还原的石墨烯制备方法》文献。
实施例1：
柔性石墨烯量子点发光二极管器件，如图1所示，柔性基底上形成阴极1，在所述阴极上的石墨烯2作为空穴层，在所述石墨烯上的量子点4作为发光层，和所述量子点层上制备的阳极5，其中石墨烯2与量子点4之间采用双功能分子3自组装方式连接。
所述石墨烯2为经过双功能分子修饰的单层。
所述双功能分子3为巯基乙酸（TGA），其一端与石墨烯2相接，另外一端与量子点4相接。
所述石墨烯2空间结构与阴极1竖直。
所述量子点4为核壳结构，核为硒化镉，壳为硫化锌，量子点表面包裹有羧基。
所述的量子点发光二极管器件的制备方法包括如下步骤：
1）将石墨烯层制备到柔性衬底上，空间结构与衬底垂直，柔性衬底为PET/ITO；
2）对石墨烯进行表面修饰处理，将制备好的石墨烯浸泡于摩尔质量分数为0.01 M的TGA溶液中，浸泡时间0.5小时，将双功能分子修饰到石墨烯表面上；
3）量子点的制备：将用高温金属法制备的量子点颗粒的表面上包裹羧基，量子点核壳结构，核为硒化镉，壳为硫化锌。
4）将步骤3）制备的具有石墨烯层的电极放入量子点溶液中进行自组装，量子点溶液摩尔浓度为0.01 M，自主装时间为20小时，将量子点层制备于石墨烯层之上；
5）在量子点层上制备阳极电极，电极材料为铝。
实施例2：
柔性石墨烯量子点发光二极管器件，柔性基底上形成阴极1，在所述阴极上的石墨烯2作为空穴层，在所述石墨烯上的量子点4作为发光层，和所述量子点层上制备的阳极5，其中石墨烯2与量子点4之间采用双功能分子3自组装方式连接。
所述石墨烯2为经过双功能分子修饰的多层石墨烯（2-3层）
所述双功能分子3为巯基丙酸（MPA），其一端与石墨烯2相接，另外一端与量子点4相接。
所述石墨烯2空间结构与阴极1水平。
所述量子点4为核壳结构，核为硫化镉，壳为硫化锌，量子点表面包裹有氨基基团。
所述的量子点发光二极管器件的制备方法包括如下步骤：
1）将石墨烯层转移到柔性衬底上，空间结构与衬底水平或垂直，柔性衬底为PET/ITO；
2）对石墨烯进行表面修饰处理，将转移好的石墨烯浸泡于摩尔质量分数为1M的TGA或MPA溶液中，浸泡时间10小时，将双功能分子修饰到石墨烯表面上；
3）量子点的制备：将用高温金属法制备的量子点颗粒的表面上包裹羧基，量子点核壳结构，核为硒化镉，壳为硫化锌。
4）将步骤3制备的具有石墨烯层的电极放入量子点溶液中进行自组装，量子点溶液摩尔浓度为10M，自主装时间为0.1小时，将量子点层制备于石墨烯层之上；
5）在量子点层上制备阳极电极，电极材料为铝。
如图2所示，实线为石墨烯作为空穴传输层的量子点发光二极管器件的I-V曲线，开启电压为1.8 V，虚线为PEDOT作为空穴传输层的量子点发光二极管器件的I-V曲线，开启电压为2.2 V。

Claims (6)

1.柔性石墨烯量子点发光二极管器件，其特征在于：柔性基底上形成阴极（1），在所述阴极上的石墨烯（2）作为空穴层，在所述石墨烯上的量子点（4）作为发光层，量子点（4）上制备阳极（5），其中石墨烯（2）与量子点（4）之间采用双功能分子（3）自组装方式连接；所述石墨烯（2）空间结构与阴极（1）平行或垂直。
2.如权利要求1所述的柔性石墨烯量子点发光二极管器件，其特征在于所述石墨烯（2）为经过双功能分子（3）修饰的单层或多层。
3.如权利要求2所述的柔性石墨烯量子点发光二极管器件，其特征在于所述双功能分子（3）为巯基乙酸或者巯基丙酸，其一端与石墨烯（2）相接，另外一端与量子点（4）相接。
4.如权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于：所述量子点（4）为核壳结构，核为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅中的一种或者几种，壳为硫化锌、硒化锌中的一种，量子点表面包裹有羧基、氨基、羟基、硅烷基中的一种基团。
5.如权利要求1所述的量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将石墨烯层转移到柔性衬底上，空间结构与衬底水平或垂直，柔性衬底为PET/ITO；
2）对石墨烯进行表面修饰处理，将步骤1）转移好的石墨烯浸泡于摩尔质量分数为0.01~1 M的巯基乙酸或者巯基丙酸溶液中，浸泡0.5－10小时，将双功能分子修饰到石墨烯表面上；
3）量子点的制备：采用高温金属分解法制备量子点，并在量子点颗粒的表面上包裹羧基、氨基、羟基、硅烷基中一种基团；将步骤2）制备的具有石墨烯层的电极放入量子点溶液中进行自组装，将量子点层制备于石墨烯层之上；
4）在量子点层上制备阳极电极。
6.如权利要求5所述的量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中量子点溶液摩尔浓度为0.01~10 M，自主装时间为0.1－20小时。
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