CN107955597A - 量子点膜及其应用 - Google Patents

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李霞
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Abstract

一种量子点膜，包括多个具有金属原子的量子点以及配位在各个所述量子点表面的配体，所述量子点之间相互连接。通过本发明制备方法制备的量子点膜，具有更好的电致发光性能。本发明还提出了一种使用所述量子点膜的太阳能电池、发光二极管和显示装置。

Description

量子点膜及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于光电或者电光转换的量子点膜。本发明还涉及利用上述量子点膜构建的太阳能电池、发光二极管和显示装置。
背景技术
由于量子点具有粒子大小可控、分散均匀、激发转化效率高、稳定且光效较高等优点，其在显示器件、太阳能电池领域具有较大的应用前景。在电光转换或者光电转换器件中，量子点膜层的构建一直是关键步骤。目前一般通过将量子点溶液旋涂在基底上并蒸发掉溶剂，形成量子点膜层。针对量子点膜存在的电子传输性不高的问题，目前主要通过配体交换获得电子传输能力较好的配体。比如选择碳链较短的配体来减小量子点之间的距离，但此法易导致量子点的成膜性不好，易洗脱。
量子点膜层一般包括量子点以及覆盖量子点表面用于散布溶剂的配体组分。由于每个量子点之间的相互作用仅为物理作用，因而对量子点发光层的后处理常常会破坏膜层。因此，针对上述技术问题，有必要进一步对量子点膜的制备进行改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：提供一种量子点膜，可使量子点之间连接为整体，以提高量子点膜的性能。
本发明公开了一种量子点膜，包括多个具有金属原子的量子点以及配位在各个所述量子点表面的配体，所述量子点之间相互连接。
优选地，所述量子点之间通过不同量子点的配体之间相互作用而连接。
优选地，所述相互作用包括共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种。
优选地，所述量子点膜包括连接单元，所述量子点之间通过连接单元相互连接。
优选地，所述连接单元包括至少两个连接部，用于连接至少两个所述量子点或者两个所述量子点表面的配体。
优选地，所述连接部包括氨基、巯基、羧基、羟基、双键中的至少一种。
优选地，所述连接单元包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第一量子点或者所述第一量子点表面的配体，所述第二连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第二量子点或者所述第二量子点表面的配体。
优选地，所述连接单元包括共轭结构，所述连接单元包括以下物质中的至少一种：联苯及其衍生物、萘及其衍生物、苯及其衍生物、苯胺及其衍生物、芴及其衍生物、苯乙烯及其衍生物、噻吩及其衍生物、咔唑及其衍生物、吡咯及其衍生物、芘及其衍生物、菲及其衍生物、蒽及其衍生物。
优选地，所述连接单元为二巯基联苯、二巯基萘、二氨基联苯、二氨基萘中的一种。
优选地，所述连接单元的主体碳链所包含的碳原子数不高于12。
优选地，所述连接单元的主体碳链所包含的碳原子数不高于10。
优选地，所述连接部的主体碳链所包含的碳原子数不高于6。
优选地，所述连接部的主体碳链所包含的碳原子数不高于4。
优选地，所述量子点之间平均距离小于1nm。
优选地，所述量子点之间平均距离小于0.8nm。
优选地，所述量子点之间平均距离小于0.6nm。
优选地，所述量子点之间平均距离小于0.4nm。
优选地，所述量子点包括以下化合物中的至少一种：II族‐VIA族化合物、IV族‐VIA族化合物、III族‐VA族化合物、I族‐VIA族化合物、硫化铜铟、硒化铜铟、钙钛矿化合物。
优选地，所述量子点包括以下化合物中的一种：硫化镉、硒化镉、磷化铟、砷化铟、硫化铅、硒化铅。
优选地，所述量子点为核壳结构，所述核表面包覆有一层与所述核的晶格结构相似、带隙较所述核宽的壳层。
优选地，所述配体包含共轭结构，作为连接相邻量子点的连接部。
优选地，所述量子点为包括掺杂元素的合金量子点，掺杂元素包括以下元素中的一种：Cu、Sn、Ga、Mn、Fe。
本发明还提出了一种太阳能电池，包括如上所述的量子点膜。
本发明还提出了一种发光二极管，包括空穴传输层、与所述空穴传输层接触的发光层、与所述发光层接触的电子传输层、使电流在装置中流动的阳极和阴极，所述发光层以紫外线、可见光或者近红外光的形式发出辐射，所述发光层包括如上所述的量子点膜。
本发明还提出了一种显示装置，包括如上所述的发光二极管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过本发明的量子点膜，量子点之间具有更加合理的距离，不仅成膜性好，而且在光电器件中展示出更好的性能。
附图说明
图1为本发明中一个具体实施方式的量子点之间连接方式示意图；
图2为本发明中一个具体实施方式的量子点之间连接方式示意图；
图3为本发明中一个具体实施方式的量子点之间连接方式示意图；
图4为本发明中一个具体实施方式的量子点之间连接方式示意图；
图5为本发明中一个具体实施方式的量子点之间连接方式示意图；
图6为本发明中一个具体实施方式的量子点之间连接方式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护范围。本发明的附图仅为示意说明本发明的实施方式，其具体尺寸比例以说明书内容为准。
本发明公开了一种量子点膜，包括多个具有金属原子的量子点1以及配位在各个量子点表面的配体2，所述量子点之间相互连接。
在一个优选的实施方式中，量子点1之间通过不同量子点1的配体2之间相互作用而连接。相互作用包括共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种。在一个优选实施例中，如图1所示，量子点1的配体2通过二硫键连接。
在一个优选实施方式中，量子点膜包括连接单元，量子点1之间通过连接单元3相互连接。连接单元3包括至少两个连接部，用于连接至少两个量子点1或者量子点表面的配体2。连接部包括氨基、巯基、羧基、羟基、双键中的至少一种。连接部与量子点1的连接包括配位连接。连接部与量子点1表面的配体2的连接包括二硫键、酯键、氢键、范德华力中的至少一种。
在一个具体实施方式中，连接单元3包括第一连接部和第二连接部，第一连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第一量子点或者第一量子点表面的配体，第二连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第二量子点或者第二量子点表面的配体。
在一个具体实施方式中，如图2所示，量子点1之间通过具有双巯基的连接单元3连接。两个巯基分别与不同的量子点配位。优选地，具有双巯基的连接单元包括共轭结构，以利于电子传输。
在一个具体实施方式中，如图3所示，第一连接部与第一量子点的配体通过氢键和范德华力交联，第二连接部与第二量子点的配体通过氢键和范德华力交联。优选地，连接单元3包括共轭结构，以利于电子传输。
在一个具体实施方式中，如图4所示，量子点1的配体2交联连接链段4的一端，连接链段4的另一端连接有巯基。连接单元3分别与连接链段的巯基形成二硫键。优选地，连接单元包括共轭结构，以利于电子传输。
在一个具体实施方式中，连接单元3包括第一连接部、第二连接部和第三连接部。第一连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第一量子点或者第一量子点表面的配体2，第二连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第二量子点或者第二量子点表面的配体2，第三连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第三量子点1或者第三量子点表面的配体2。
在一个具体实施例中，如图5所示，连接单元3包括主体碳链5以及连接在主体碳链5上的三个巯基亚甲基。量子点1的配体中交联连接链段4的一端，连接链段4的另一端连接有巯基。三个巯基亚甲基分别与链接链段的巯基形成二硫键，从而使量子点1之间相互连接。
在一个具体实施例中，如图6所示，连接单元3包括主体碳链5以及连接在主体碳链5上的三个巯基亚甲基。量子点1的至少一部分配体末端连接有巯基。三个巯基亚甲基分别与配体的巯基形成二硫键，从而使量子点1之间相互连接。
在一个优选的实施方式中，与连接部相邻的碳原子上包括两个氢原子，以降低空间位阻，保证连接部有足够的空间与量子点或者量子点的配体连接。
在一个优选的实施方式中，为增加量子点膜的电子传输性能，连接单元3还包括共轭结构。优选地，连接单元3包括以下物质中的至少一种：联苯及其衍生物、萘及其衍生物、苯及其衍生物、苯胺及其衍生物、芴及其衍生物、苯乙烯及其衍生物、噻吩及其衍生物、咔唑及其衍生物、吡咯及其衍生物、芘及其衍生物、菲及其衍生物、蒽及其衍生物。
在一个优选实施例中，连接单元3为二巯基联苯、二巯基萘、二氨基联苯、二氨基萘中的一种。连接单元通过巯基与量子点配位连接，或着与量子点的配体形成二硫键而连接。连接单元的分子粒径在1nm以内，可有效保证量子点之间的电子传输。
为了进一步提高量子点膜的电子传输性质，在一个优选的实施方式中，连接单元3的主体碳链5所包含的碳原子数不高于12。优选地，连接单元3的主体碳链5所包含的碳原子数不高于10。优选地，连接单元3的主体碳链5所包含的碳原子数不高于6。优选地，连接单元3的主体碳链5所包含的碳原子数不高于4。
通过量子点1之间的连接作用，本发明的量子点膜中，量子点1之间平均距离小于1nm。优选地，量子点1之间平均距离小于0.8nm。优选地，量子点1之间平均距离小于0.6nm。优选地，量子点1之间平均距离小于0.4nm。量子点1表面的配体2一般为长链烷基，不利于量子点1之间距离的拉近，通过连接单元3可拉近量子点1之间的距离，达到更好的电子传输效果。
本发明的量子点1包括以下化合物中的至少一种：II族‐VIA族化合物、IV族‐VIA族化合物、III族‐VA族化合物、I族‐VIA族化合物、硫化铜铟、硒化铜铟、钙钛矿化合物。在一个优选的实施方式中，量子点1包括以下化合物中的一种：硫化镉、硒化镉、磷化铟、砷化铟、硫化铅、硒化铅。
在一个优选的实施方式中，本发明选择的量子点1为核壳结构，核表面包覆有一层与所述核的晶格结构相似、带隙较所述核宽的壳层。在一个优选的实施方式中，量子点1为包括掺杂元素的合金量子点，掺杂元素包括以下元素中的一种：Cu、Sn、Ga、Mn、Fe。
具体的，量子点1包括以下至少一种：CdSe/ZnS核/壳结构量子点、CdS/ZnS核/壳结构量子点、ZnSe/ZnSeS/ZnS核/壳/壳结构量子点、ZnTe/ZnSe/ZnS核/壳/壳结构量子点、ZnTe/ZnTeS/ZnS核/壳/壳结构量子点、CdSe/CdZnS/ZnS核/壳/壳结构量子点、CdSe/CdZnSe/ZnSe/ZnS核/壳/壳/壳结构量子点、CdTe/CdZnS/ZnS核/壳/壳结构量子点、CdS/ZnS核/壳结构、CdS/ZnSe/ZnS核/壳/壳结构或者CdZnS/ZnSe/ZnS核/壳/壳结构量子点、CdTe/InP/ZnS核/壳/壳结构量子点、InP/ZnS核/壳结构量子点、锰掺杂ZnSe:Mn2+/ZnS核/壳结构量子点，ZnSe/ZnS:Mn2+/ZnS核/壳/壳结构量子点或者ZnS:Mn2+/ZnS核/壳结构量子点、铜掺杂ZnS:Cu2+/ZnS核/壳结构量子点、铜掺杂ZnSe:Cu2+/ZnS核/壳结构量子点、ZnSe/InP/ZnS核/壳/壳结构量子点、PbS/ZnS核/壳结构量子点、PbSe/ZnS核/壳结构量子点、CuInS2量子点和核/壳结构的CuInS2/ZnS量子点、CuS/ZnS核/壳结构量子点、AgInS2量子点和AgInS2/ZnS核壳结构量子点。
本发明还提出了一种太阳能电池，包括如上所述的量子点膜。
本发明还提出了一种发光二极管，包括空穴传输层、与所述空穴传输层接触的发光层、与所述发光层接触的电子传输层、使电流在装置中流动的阳极和阴极，所述发光层以紫外线、可见光或者近红外光的形式发出辐射，所述发光层包括如上所述的量子点膜。
阴极用于连接外电源的负极，在一个优选的实施例中，阴极包括Al、Ca、Ba、Ca/Al、Ag中的任意一种或一种以上，在一个具体的实施例中，阴极为Al。阴极厚度可以为10‐600nm，优选厚度为50‐200nm。在一个具体的实施例中，阴极通过蒸渡方式设置于所述电子传输层上，厚度为200nm。
应理解的是，本发明实施例的制造过程涉及对上述阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、阴极的具体地沉积工艺可以包括但不限于旋涂、喷涂、印刷、以及真空蒸镀中的一种。
电子传输层选自以下组分子中的一种：恶二唑类、噁二唑类衍生物、恶唑类、恶唑类衍生物、异恶唑、异恶唑衍生物、噻唑、噻唑衍生物、1，2，3‐三唑、1，2，3‐三唑衍生物、1，3，5‐三嗪类、1，3，5‐三嗪类化合物衍生物、喹喔啉、喹喔啉衍生物、吡咯低聚物、吡咯聚合物、乙烯基苯撑低聚物、乙烯基苯撑聚合物、乙烯基咔唑低聚物、乙烯基咔唑聚合物、氟低聚物、氟聚合物、乙炔基苯撑低聚物、乙炔基苯撑聚合物、苯撑低聚物、苯撑聚合物、噻吩低聚物、噻吩聚合物、乙炔低聚物、乙炔聚合物、TiO2纳米颗粒、ZnO纳米颗粒、SnO纳米颗粒、金纳米颗粒和银纳米颗粒。电子传输层的厚度可以为20‐600nm，优选为50‐200nm。在一个具体的实施例中，电子传输层通过旋涂方式设置在所述发光层上。
空穴传输层主要用于起传输空穴到发光层的作用，空穴传输层可以选自以下组的分子中的一种：叔芳胺、噻吩低聚物、噻吩聚合物、吡咯低聚物、乙烯基苯撑低聚物、乙烯基苯撑聚合物、乙烯基咔唑低聚物、乙烯基咔唑聚合物、氟低聚物、氟聚合物、乙炔基苯撑低聚物、乙炔基苯撑聚合物、苯撑低聚物、苯撑聚合物、乙炔低聚物、乙炔聚合物、酞菁、酞菁衍生物、紫菜碱和紫菜碱衍生物。在一个具体的实施例中，空穴传输层为乙烯基咔唑聚合物(PVK)，所述空穴传输层通过旋涂的方式设置在所述导电层上，空穴传输层的厚度可以为20‐600nm，优选厚度为50‐200nm。
本发明还提出了一种显示装置，包括如上所述的发光二极管。
尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种量子点膜，包括多个具有金属原子的量子点以及配位在各个所述量子点表面的配体，其特征在于，所述量子点之间相互连接。
2.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点之间通过不同量子点的配体之间相互作用而连接。
3.根据权利要求2所述的量子点膜，其特征在于：所述相互作用包括共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点膜包括连接单元，所述量子点之间通过连接单元相互连接。
5.根据权利要求4所述的量子点膜，其特征在于：所述连接单元包括至少两个连接部，用于连接至少两个所述量子点或者两个所述量子点表面的配体。
6.根据权利要求5所述的量子点膜，其特征在于：所述连接部包括氨基、巯基、羧基、羟基、双键中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的量子点膜，其特征在于：所述连接单元包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第一量子点或者所述第一量子点表面的配体，所述第二连接部通过共价键、氢键、分子间作用力中的至少一种连接第二量子点或者所述第二量子点表面的配体。
8.根据权利要求4所述的量子点膜，其特征在于：所述连接单元包括共轭结构。
9.根据权利要求8所述的量子点膜，其特征在于：所述连接单元包括以下物质中的至少一种：联苯及其衍生物、萘及其衍生物、苯及其衍生物、苯胺及其衍生物、芴及其衍生物、苯乙烯及其衍生物、噻吩及其衍生物、咔唑及其衍生物、吡咯及其衍生物、芘及其衍生物、菲及其衍生物、蒽及其衍生物。
10.根据权利要求8所述的量子点膜，其特征在于：所述连接单元为二巯基联苯、二巯基萘、二氨基联苯、二氨基萘中的一种。
11.根据权利要求1或8所述的量子点膜，其特征在于：所述连接单元的主体碳链所包含的碳原子数不高于12。
12.根据权利要求1或8所述的量子点膜，其特征在于：所述连接部的主体碳链所包含的碳原子数不高于6。
13.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点之间平均距离小于1nm。
14.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点之间平均距离小于0.8nm。
15.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点包括以下化合物中的至少一种：II族‐VIA族化合物、IV族‐VIA族化合物、III族‐VA族化合物、I族‐VIA族化合物、硫化铜铟、硒化铜铟、钙钛矿化合物。
16.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点为核壳结构，所述核表面包覆有一层与所述核的晶格结构相似、带隙较所述核宽的壳层。
17.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于：所述量子点为包括掺杂元素的合金量子点，掺杂元素包括以下元素中的一种：Cu、Sn、Ga、Mn、Fe。
18.一种太阳能电池，其特征在于，包括如权利要求1‐17中任一所述的量子点膜。
19.一种发光二极管，包括空穴传输层、与所述空穴传输层接触的发光层、与所述发光层接触的电子传输层、使电流在装置中流动的阳极和阴极，所述发光层以紫外线、可见光或者近红外光的形式发出辐射，其特征在于，所述发光层包括如权利要求1‐17中任一所述的量子点膜。
20.一种显示装置，包括权利要求19所述的发光二极管。
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