CN106098884A - 一种量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种量子点发光二极管及其制备方法 Download PDF

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李佳慧
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Abstract

本发明涉及一种量子点发光二极管及其制备方法，发光二极管的结构依次为阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极；其中，电子传输层为[6,6]‑苯基‑C61‑丁酸甲酯PCBM薄膜。制备方法为旋涂法。本发明的电子传输层能有效提高激子复合几率和器件的发光效率，同时，量子点发光二极管为典型的三明治结构，采用旋涂法层层组装，制备方法简单易行，利于制作大面积的发光器件，在量子点发光二极管领域具有广泛的应用前景。

Description

一种量子点发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于发光器件领域，特别涉及一种量子点发光二极管及其制备方法。
背景技术
量子点发光二极管(QLED)由于其具有高亮度，溶液过程稳定，带隙可调，稳定性好，色饱和度高，低耗能，产热少，使用寿命长等优点，在照明和平板显示领域受到人们的广泛关注。第一代有机发光二极管是一种小分子有机器件，采用三明治夹层结构构成的有机双层结构。但是高效率的QLED需要一个多层结构来平衡载流子的传输，并且便于激子复合发光。20世纪90年代后期，有机发光二极管的结构更加复杂，由载流子注入层、载流子传输层、激子复合层以及发光层构成多层结构的器件。多层器件能够通过真空热蒸镀的方法沉积得到，而真空热沉积法的材料利用率低、扩展性差、成本高和图案化困难。溶液旋涂法可以减少制造成本，经过不断的探索和研究，使用溶液旋涂法组装的QLED发光器件得到人们的关注，使用溶液过程组装器件大大简化了加工工艺，便于制作大面积的发光器件。
根据载流子传输层的不同，可以将量子点发光二极管分为无机载流子传输层QLED和有机载流子传输层QLED，虽然无机载流子传输层有一定的空气稳定性，但是空穴和电子不均衡，电子注入速率过大，而空穴注入速率小，这种载流子传输速率的不平衡，造成了量子点充电以及荧光淬灭。因此，选择合适的载流子传输层至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种量子点发光二极管及其制备方法，该量子点发光二极管电子传输层能有效提高激子复合几率和器件的发光效率，同时，量子点发光二极管为典型的三明治结构，采用旋涂法层层组装，制备方法简单易行，利于制作大面积的发光器件，在量子点发光二极管领域具有广泛的应用前景。
本发明的一种量子点发光二极管，所述量子点发光二极管的结构依次为阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极；其中，电子传输层为[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯PCBM薄膜。
所述PCBM溶于氯苯中，质量分数为1wt％～2wt％。
所述阳极包括刚性导电衬底和柔性导电衬底，具体为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、ITO-PET或FTO-PET。
所述空穴注入层为聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS薄膜。
所述空穴传输层为聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]Poly-TPD薄膜或聚乙烯咔唑PVK薄膜(有机薄膜)。
所述量子点发光层中的量子点为p-型CdSe@ZnS量子点或p-型钙钛矿型量子点[CH3NH3PbX3(X＝Cl、Br、I)]。
所述阴极为LiF:Al薄膜。真空热蒸镀法制备，蒸镀LiF和Al薄膜所用蒸发源工作电流为120～140A，蒸镀时间为2～10min。
本发明的一种量子点发光二极管的制备方法，包括：
采用旋涂法，以导电衬底为阳极，依次在阳极上沉积空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极，即得量子点发光二极管。
所述旋涂法的工艺参数为：低速1000～2000rpm，时间1～10s；高速4000～6000rpm，时间10～30s。
所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层经过退火处理。
本发明在阳极和空穴传输层之间设置空穴注入层PEDOT:PSS薄膜，一定程度上降低了器件的开启和工作电压；采用PCBM薄膜作为电子传输层可与空穴传输层材料形成良好的相分离，与电子传输层的载流子迁移率相匹配，便于QLED每层之间良好的能量传输。另外，PCBM还具有较好的溶解性能和很高的电子迁移率，从而提高了QLED的发光效率。另外，所述量子点发光二极管采用旋涂法组装，简化了QLED器件的组装工艺，为大面积器件的制作提供了可能性。
有益效果
本发明通过旋涂法制备的量子点发光二极管，简化了组装工艺，降低组装成本；PEDOT:PSS作为空穴注入层，既增加了空穴的注入效率，又有效地降低了空穴由ITO阳极注入到Poly-TPD的HOMO能级之间的能量势垒；选用高电子迁移率的PCBM作为电子传输层，提高了电子-空穴激子复合几率，从而提高QLED的发光效率，在量子点发光二极管领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明QLED器件的结构示意图；
图2是实施例1以Poly-TPD做空穴传输层的QLED器件能级结构图；
图3是实施例1的QLED器件发光的数码照片；
图4是实施例2以PVK做空穴传输层的QLED器件能级结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将ITO玻璃依次置于丙酮、乙醇、超纯水中，分别超声清洗20min，清洗完后烘干备用。将清洗干净的ITO玻璃放在紫外-臭氧仪中处理10min。在PEDOT:PSS中加入异丙醇(PEDOT:PSS：异丙醇＝20:1)调节粘度，将配好的PEDOT:PSS的异丙醇溶液用孔径0.45μm的水性针式过滤器过滤，除去溶液中微量稍大颗粒物质。接下来依次从阳极到阴极制备QLED(能级结构图如图2)，制备顺序为：将过滤好的PEDOT:PSS溶液旋涂于ITO阳极上，PEDOT:PSS的旋涂工艺是：高速4000rpm，时间30s，之后放在120℃的热台上退火15min，形成空穴注入层薄膜；将配置好的质量分数为1.5％的Poly-TPD的氯苯溶液沉积于PEDOT:PSS薄膜上，Poly-TPD的旋涂工艺是：低速1000rpm，时间10s，高速4000rpm，时间30s，之后放在80℃的热台上退火处理，形成Poly-TPD薄膜；将用微流体法制备的CdSe@ZnS量子点沉积于Poly-TPD薄膜上，并放置在80℃的热台上退火处理，形成量子点发光层；将2wt％的PCBM的氯苯溶液沉积于量子点发光层薄膜上，并置于80℃的热台上进行退火处理，形成电子传输层；其中，CdSe@ZnS溶液和PCBM溶液的旋涂工艺是：低速1000rpm，时间10s，高速4000rpm，时间30s；最后真空热蒸镀LiF:Al的薄膜，真空热蒸镀LiF薄膜所用蒸发源工作电流为130A，蒸镀时间3min；真空热蒸镀Al薄膜所用蒸发源工作电流为140A，蒸镀时间7min。器件结构图如图1所示，所组装的CdSe@ZnS量子点LED器件发光的数码照片图如图3所示。
实施例2
将ITO玻璃依次置于丙酮、乙醇、超纯水中，分别超声清洗20min，清洗完后烘干备用。将清洗干净的ITO玻璃放在紫外-臭氧仪中处理10min。在PEDOT:PSS中加入异丙醇(PEDOT:PSS：异丙醇＝20:1)调节粘度，将配好的PEDOT:PSS的异丙醇溶液用孔径0.45μm的水性针式过滤器过滤，除去溶液中微量稍大颗粒物质。接下来依次从阳极到阴极制备QLED(能级结构图如图4)，制备顺序为：将过滤好的PEDOT:PSS溶液旋涂于ITO阳极上，PEDOT:PSS溶液的旋涂工艺是：高速4000rpm，时间30s，之后放在120℃的热台上退火15min，形成空穴注入层薄膜；将配置好的质量分数为2％的PVK的甲苯溶液沉积于PEDOT:PSS薄膜上，随后放在80℃的热台上退火处理，形成PVK薄膜；将用微流体法制备的CdSe@ZnS量子点沉积于PVK薄膜上，Poly-TPD的旋涂工艺是：低速1000rpm，时间10s，高速5000rpm，时间30s，并放置在80℃的热台上退火处理，形成量子点发光层；将2wt％PCBM的氯苯溶液沉积于量子点发光层薄膜上，并置于80℃的热台上进行退火处理，形成电子传输层；其中，CdSe@ZnS溶液和PCBM溶液旋涂工艺是：低速1000rpm，时间10s，高速4000rpm，时间30s。最后真空热蒸镀LiF:Al的薄膜，真空热蒸镀LiF薄膜所用蒸发源工作电流为130A，蒸镀时间3min；真空热蒸镀Al薄膜所用蒸发源工作电流为140A，蒸镀时间7min。器件能级结构图如图4所示。
实施例3
将ITO玻璃依次置于丙酮、乙醇、超纯水中，分别超声清洗20min，清洗完后烘干备用。将清洗干净的ITO玻璃放在紫外-臭氧仪中处理10min。在PEDOT:PSS中加入异丙醇(PEDOT:PSS：异丙醇＝20:1)调节粘度，将配好的PEDOT:PSS的异丙醇溶液用孔径0.45μm的水性针式过滤器过滤，除去溶液中微量稍大颗粒物质。接下来依次从阳极到阴极制备QLED(能级结构图如图2)，制备顺序为：将过滤好的PEDOT:PSS溶液旋涂于ITO阳极上，PEDOT:PSS溶液的旋涂工艺是：高速3000rpm，时间30s，之后放在120℃的热台上退火15min，形成空穴注入层薄膜；将配置好的质量分数为2.5％的Poly-TPD的氯苯溶液沉积于PEDOT:PSS薄膜上，Poly-TPD溶液的旋涂工艺是：低速1000rpm，时间10s，高速6000rpm，时间30s，并放在80℃的热台上退火处理，形成Poly-TPD薄膜；将p-型钙钛矿量子点CH3NH3PbBr3沉积于Poly-TPD薄膜上，并放置在50℃的热台上退火处理，形成量子点发光层；将2wt％的PCBM的氯苯溶液沉积于量子点发光层薄膜上，并置于80℃的热台上进行退火处理，形成电子传输层；其中，CH3NH3PbBr3量子点溶液和PCBM溶液的旋涂工艺是：低速1000rpm，时间10s，高速4000rpm，时间30s；最后真空热蒸镀LiF:Al的薄膜，真空热蒸镀LiF薄膜所用蒸发源工作电流为130A，蒸镀时间3min；真空热蒸镀Al薄膜所用蒸发源工作电流为140A，蒸镀时间7min。

Claims (9)

1.一种量子点发光二极管，其特征在于：所述量子点发光二极管的结构依次为阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极；其中，电子传输层为[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯PCBM薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种量子点发光二极管，其特征在于：所述阳极为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、ITO-PET或FTO-PET。
3.根据权利要求1所述的一种量子点发光二极管，其特征在于：所述空穴注入层为聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种量子点发光二极管，其特征在于：所述空穴传输层为聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]Poly-TPD薄膜或聚乙烯咔唑PVK薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种量子点发光二极管，其特征在于：所述量子点发光层中的量子点为p-型CdSe@ZnS量子点或p-型钙钛矿型量子点。
6.根据权利要求1所述的一种量子点发光二极管，其特征在于：所述阴极为LiF:Al薄膜。
7.一种量子点发光二极管的制备方法，包括：
采用旋涂法，以导电衬底为阳极，依次在阳极上沉积空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极，即得量子点发光二极管。
8.根据权利要求7所述的一种量子点发光二极管的制备方法，其特征在于：所述旋涂法的工艺参数为：低速1000～2000rpm，时间1～10s；高速4000～6000rpm，时间10～30s。
9.根据权利要求7所述的一种量子点发光二极管的制备方法，其特征在于：所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层经过退火处理。
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