CN107658385A - 量子点薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种量子点薄膜及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：在配体修饰的量子点溶液中加入絮凝剂得量子点墨水，其中，所述絮凝剂的浓度为10～30mmol/L；在基体上沉积所述量子点墨水，然后干燥形成膜体；在所述干燥过程中，所述配体从量子点上脱落；采用溶剂浸润所述模体，以溶解所述配体和絮凝剂，然后除去溶解有所述配体和絮凝剂的溶剂，即得所述量子点薄膜。本发明的量子点薄膜的制备方法，通过在配体修饰的量子点溶液中加入絮凝剂制备量子点墨水，并合理控制絮凝剂的浓度，能够最终形成无绝缘性配体的致密量子点膜层，消除配体对量子点薄膜光电特性的影响，进而提高量子点发光二极管的性能。

Description

量子点薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，特别是涉及量子点薄膜及其制备方法。

背景技术

半导体量子点具有光色纯度高、发光量子效率高、发光颜色可调、使用寿命长等优良特性。这些特点使得以量子点材料作为发光层的量子点发光二极管(QLED)在固态照明、平板显示等领域具有广泛的应用前景，受到了学术界以及产业界的广泛关注。

近年来，通过量子点材料合成工艺的改善以及器件结构的优化，QLED的性能有了大幅提升，但是其效率与产业化生产的要求还相差较远。在量子点发光二极管器件中，量子点薄膜中量子点之间的相互作用会很大程度影响该层膜的光电特性，为了保证量子点在溶剂中的分散性，量子点表面都会覆盖配体，而这些配体都是绝缘体，因此在量子点成膜后，量子点与量子点之间存在绝缘性的配体，从而大大影响器件的性能。

发明内容

基于此，有必要针提供一种光电特性好的量子点薄膜的制备方法。

一种量子点薄膜的制备方法，包括如下步骤：

在配体修饰的量子点溶液中加入絮凝剂得量子点墨水，其中，所述絮凝剂的浓度为10～30mmol/L；

在基体上沉积所述量子点墨水，干燥形成膜体；在所述干燥过程中，所述配体从量子点上脱落；

采用溶剂浸润所述模体，以溶解所述配体和絮凝剂，然后除去溶解有所述配体和絮凝剂的溶剂，即得所述量子点薄膜。

本发明的量子点薄膜的制备方法，通过实验研究发现，在配体修饰的量子点溶液中加入絮凝剂制备量子点墨水，并合理控制其中絮凝剂的浓度，在进行量子点墨水沉积干燥之前，由于量子点的表面修饰有配体，能够保证量子点的分散效果，且絮凝剂不会对量子点的分散产生影响；而在进行量子点墨水沉积干燥时，随着溶液的减少，絮凝剂的浓度逐渐增加，进而达到某关键浓度值，在该浓度值，量子点表面的配体会自发从量子点表面脱离，在膜体中形成量子点与量子点的直接接触，在该过程中需控制量子点墨水中絮凝剂的浓度为10～30mmol/L，过高会导致墨水不稳定、配体提前脱落，过低则使量子点墨水中的絮凝剂含量过少，均难以实现配体的有效脱离，且过高还会影响量子点的分散效果。干燥后，然后再将膜体浸润于溶剂中，溶剂能够溶解脱离的配体以及絮凝剂，使其从膜体中脱除，由此形成无绝缘性配体的致密量子点膜层，消除配体对量子点薄膜光电特性的影响，进而提高量子点薄膜的光电性能。

在其中一个实施例中，所述絮凝剂的浓度为15～25mmol/L。

在其中一个实施例中，所述配体为聚丙烯酸钠(PNaA)、聚苯乙烯磺酸钠(PNaSS)、聚乙烯基磷酸酯钠(PNaVP)；所述絮凝剂为氯化钠。

进一步合理控制絮凝剂的浓度和种类，以及量子点的配体种类，在便于量子点分散的同时，更有利于配体在干燥阶段的脱除，提高量子点薄膜的光电特性。

在其中一个实施例中，所述溶剂为丙二醇、甘油或甲酸。

在其中一个实施例中，所述干燥的方法为：自然干燥或真空干燥。

在其中一个实施例中，所述量子点任选自Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料核壳结构；Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料核壳结构、Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料、Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料核壳结构。

在其中一个实施例中，所述量子点任选自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS、GaAs、InP、PbS/ZnS或PbSe/ZnS。

本发明还提供所述的量子点薄膜的制备方法制备得到的量子点薄膜。

本发明还提供一种量子点发光二极管，采用所述量子点薄膜作为发光层。

本发明的量子点发光二极管，采用所述量子点薄膜作为发光层，具备良好的光电性能。

在其中一个实施例中，该量子点发光二极管包括衬底，以及依次沉积于所述衬底之上的阳极、空穴注入层、空穴传输层、所述量子点薄膜、电子传输层以及阴极。

在其中一个实施例中，所述衬底为玻璃衬底或柔性衬底(如PI、PET)；

所述空穴注入层为PEDOT:PSS、CuPc、F4-TCNQ、HATCN、氧化钼、氧化钒、氧化钨、氧化铬、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂中的一种或多种；

所述空穴传输层为NPB、TPD、Poly-TPD、TFB、PVK、CBP、TCTA、mCP、中的一种或多种；

所述电子传输层为ZnO、TiO₂、SnO、ZrO₂、Ta₂O₃、AlZnO、ZnSnO和InSnO中的一种或多种；

所述阴极为透明的导电金属氧化物(如ITO、IZO)、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物(如PEDOT)中的一种或多种。

采用合适的结构和各层材料与所述量子点薄膜相配合，能够进一步提高所述量子点发光二极管的发光效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的量子点薄膜的制备方法，通过在配体修饰的量子点溶液中加入絮凝剂制备量子点墨水，并合理控制絮凝剂的浓度，能够最终形成无绝缘性配体的致密量子点膜层，消除配体对量子点薄膜光电特性的影响，进而提高量子点发光二极管的性能。

附图说明

图1为本发明一实施例的量子点发光二极管的制备方法的工艺流程图；

图2为在空穴传输层上沉积量子点墨水后所得二极管的结构示意图；

图3为干燥在空穴传输层上形成膜体后所得二极管的结构示意图；

图4为采用去除液浸润膜体后所得二极管的结构示意图；

图5为去除浸润膜体后的去除液所得二极管的结构示意图；

图6为本发明一实施例制得的量子点发光二极管的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的量子点薄膜及其制备方法作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例一种采用量子点薄膜作为发光层的量子点发光二极管的制备方法，工艺流程图如图1所示，包括如下步骤：

S1、提供一衬底，并采用常规方法在其上依次沉积阳极、空穴注入层以及空穴传输层；

S2、在PNaA修饰的量子点溶液中加入絮凝剂氯化钠配制量子点墨水，其中絮凝剂的浓度为20mmol/L，量子点为Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，在本实施例中为CdS，可理解，在其它实施例中也可采用如CdSe、CdTe或ZnS；然后如图2所示，采用常规方法在空穴传输层上沉积量子点墨水，随后去除溶剂进行干燥，干燥过程中量子点表面配体PNaA自发从量子点表面脱离，形成量子点与量子点直接接触的致密膜体和独立分散在膜体中的配体，如图3所示；

S3、用配体去除液(溶剂)丙二醇浸润膜体使配体以及絮凝剂溶于去除液，如图4所示；随后除去去除液，形成致密的量子点薄膜，即量子点发光层，如图5所示；

S4、在量子点薄膜上再依次沉积电子传输层以及阴极，形成量子点发光二极管，如图6所示。

在本实施例中，所述衬底为玻璃衬底。可理解，在其它实施例中，也可采用柔性衬底。

所述空穴注入层为PEDOT:PSS。可理解，在其它实施例中，也可采用CuPc、F4-TCNQ、HATCN、氧化钼、氧化钒、氧化钨、氧化铬、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂中的一种或多种与所述量子点薄膜相配合，获得良好的量子点发光二极管的发光效率。

所述空穴传输层为NPB。可理解，在其它实施例中，也可采用TPD、Poly-TPD、TFB、PVK、CBP、TCTA、mCP、中的一种或多种与所述量子点薄膜相配合，获得良好的量子点发光二极管的发光效率。

所述电子传输层为ZnO。可理解，在其它实施例中，也可采用TiO₂、SnO、ZrO₂、Ta₂O₃、AlZnO、ZnSnO和InSnO中的一种或多种与所述量子点薄膜相配合，获得良好的量子点发光二极管的发光效率。

所述阴极层为透明的导电金属氧化物。可理解，在其它实施例中，也可采用石墨烯、碳纳米管或导电聚合物中的一种或多种。

实施例2

本实施例一种采用量子点薄膜作为发光层的量子点发光二极管的制备方法，其步骤类似实施例1，区别在于：

步骤S2中，PNaA修饰的量子点溶液中的量子点为Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料核壳结构，在本实施例中具体为CdS/ZnS，可理解，在其它实施例中也可采用如CdSe/ZnS、CdTe/ZnS或CdSe/CdS/ZnS；量子点墨水中絮凝剂的浓度为10mmol/L。

步骤S3中，去除液为甲酸。

实施例3

本实施例一种采用量子点薄膜作为发光层的量子点发光二极管的制备方法，其步骤类似实施例1，区别在于：

步骤S2中，PNaSS修饰的量子点溶液中的量子点为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，在本实施例中为GaAs，可理解，在其它实施例中也可采用如InP；量子点墨水中絮凝剂的浓度为30mmol/L。

步骤S3中，去除液为甘油。

实施例4

本实施例一种采用量子点薄膜作为发光层的量子点发光二极管的制备方法，其步骤类似实施例1，区别在于：

步骤S2中，PNaVP修饰的量子点溶液中的量子点为Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料，在本实施例中为PbS/ZnS，可理解，在其它实施例中也可采用如PbSe/ZnS。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种量子点薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在配体修饰的量子点溶液中加入絮凝剂得量子点墨水，其中，所述絮凝剂的浓度为10～30mmol/L；

在基体上沉积所述量子点墨水，然后干燥形成膜体；在所述干燥过程中，所述配体从量子点上脱落；

采用溶剂浸润所述模体，以溶解所述配体和絮凝剂，然后除去溶解有所述配体和絮凝剂的溶剂，即得所述量子点薄膜。

2.根据权利要求1所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述絮凝剂的浓度为15～25mmol/L。

3.根据权利要求1所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述配体为聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯基磷酸酯钠；所述絮凝剂为氯化钠。

4.根据权利要求1-3任一项所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙二醇、甘油、甲酸中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3任一项所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述量子点任选自Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料核壳结构、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料核壳结构、Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料或Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料核壳结构。

6.根据权利要求5所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述量子点任选自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS、GaAs、InP、PbS/ZnS或PbSe/ZnS。

7.权利要求1-6任一项所述的量子点薄膜的制备方法制备得到的量子点薄膜。

8.一种量子点发光二极管，其特征在于，采用权利要求7所述量子点薄膜作为发光层。

9.根据权利要求8所述的量子点发光二极管，其特征在于，包括衬底，以及依次沉积于所述衬底之上的阳极、空穴注入层、空穴传输层、权利要求7所述量子点薄膜、电子传输层以及阴极。

10.根据权利要求9所述的量子点发光二极管，其特征在于，

所述衬底为玻璃衬底或柔性衬底；

所述空穴注入层的材料为PEDOT:PSS、CuPc、F4-TCNQ、HATCN、氧化钼、氧化钒、氧化钨、氧化铬、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂中的一种或多种；

所述空穴传输层的材料为NPB、TPD、Poly-TPD、TFB、PVK、CBP、TCTA、mCP、中的一种或多种；

所述电子传输层的材料为ZnO、TiO₂、SnO、ZrO₂、Ta₂O₃、AlZnO、ZnSnO和InSnO中的一种或多种；

所述阴极的材料为透明的导电金属氧化物、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物中的一种或多种。