CN109411635A - 量子点发光层原料制备方法以及应用该方法的发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子点发光层原料制备方法以及应用该方法的发光器件，旨在解决现有的QLED器件中载流子注入不平衡等影响器件光电效应的问题，其技术方案要点是：包括：一，选择量子点的核，所述核包括II‑V族化合物半导体、III‑V族化合物半导体、IV‑VI族化合物半导体中的一种或多种；二，确定需要生成的量子点的壳，所述壳包括ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdZnS、CdZnSe、CdZnSeS中的一种或几种；三，配置量子点及纳米颗粒一锅合成法，根据步骤一选择的核、步骤二确定的壳，按照量子点及纳米颗粒一锅合成法制备出量子点发光层原料。本发明的量子点发光层原料制备方法以及应用该方法的发光器件，可以改善QLED器件载流子注入不平衡、漏电流高的问题，以加强光电效应。

Description

量子点发光层原料制备方法以及应用该方法的发光器件

技术领域

本发明涉及光电元件领域，更具体地说，它涉及一种量子点发光层原料制备方法以及应用该方法的发光器件。

背景技术

基于荧光半导体量子点的发光二极管（Quantum dot light-emitting diode,QLED）因为具有制备工艺简单、寿命长、色纯度高、色温适中、稳定性好等优点，在下一代照明和平板显示领域有着巨大的应用前景。

目前，在广大科研工作者不懈的研究下，无论是量子点材料还是量子点发光二极管的各项性能参数都得到了极大的提升。但是目前QLED仍存在很多需要解决的问题，尤其是电子和空穴注入的不平衡，对QLED器件寿命和发光效率等影响重大；同时，发光层中量子点之间的相互作用也会在很大程度上影响QLED的光电特性。

现有的做法有：

1、引入超薄绝缘层减缓电子的注入速率（nature.2014,515,96）。此方法需要精确控制绝缘层的厚度，增大了大规模生产的工艺难度；

2、以NiO等无机氧化物代替传统的有机空穴传输层增大空穴注入的效率，但迄今为止此方法的优势并未明显体现；

3、在量子点发光层外通过纳米粒子、溶胶凝胶或者化学浴沉积的方式引入第二电子/空穴传输层，且该电子/空穴传输层材料与核壳结构量子点发光层的壳层材料一致（CN201610036399.8），以此改善电子/空穴的传输效率。尽管传输层材料与量子点发光层的壳层材料一致，但是此方法未充分考虑二者的表面配体和正交溶剂选择之间的矛盾以及物相结构等一致性问题；同时，溶胶凝胶或化学浴等过程中可能会对已有功能层产生破坏作用，也增大了工艺的复杂性。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种量子点发光层原料制备方法以及应用该方法的发光器件，可以改善QLED器件载流子注入不平衡、漏电流高的问题，以加强光电效应。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种量子点发光层原料制备方法，包括：

步骤一，选择量子点的核，所述核包括II-V族化合物半导体、III-V族化合物半导体、IV-VI族化合物半导体中的一种或多种；

步骤二，确定需要生成的量子点的壳，所述壳包括ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdZnS、CdZnSe、CdZnSeS中的一种或几种；

步骤三，配置量子点及纳米颗粒一锅合成法，根据步骤一选择的核、步骤二确定的壳，按照量子点及纳米颗粒一锅合成法制备出量子点发光层原料；

所述量子点发光层原料包括量子点以及纳米颗粒，所述量子点包括核以及包覆于核的壳，所述纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致。

通过采用上述技术方案，因为量子点和纳米颗粒是同一反应体系中得到，所以纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致。此时：纳米颗粒可以对量子点之间的间隙进行充分填充，并充当电子/空穴（载流子）传输层；纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致可以提高混合的均一性，在降低工艺难度，且无需后期共混，避免引入新的物质作为载流子传输层造成潜在破坏，影响制成的器件的原有功效；引入该原料作为量子点发光层，可以在不影响器件载流子注入情况下，增大量子点之间的电荷传输性，减少漏电流，从而提高器件效率；该原料制成的发光层能有效阻挡电子或者空穴以及载流子的传输，能够将电子、空穴有效束缚在量子点发光层中，从而提高器件的效率；通过调控纳米颗粒以及壳的厚度，根据量子尺寸效应，当壳层材料纳米颗粒的尺寸小于核壳量子点壳层的厚度时，可以实现载流子传输层的禁带宽度更大，这更有利电子和空穴的注入以及在发光层内的复合，提高器件性能。

本发明进一步设置为：包括量子点发光二极管，所述量子点发光二极管包括依次排列连接的第一电极层、第一电荷传输层、量子点发光层、第二电荷传输层、第二电极层以及衬底，所述量子点发光层包括多个量子点以及纳米颗粒，所述量子点包括核以及包覆于核的壳，所述纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致，多个所述纳米颗粒形成第二空穴传输层和/或第二电子传输层。

通过采用上述技术方案，量子点发光二级管的量子点发光层采用前述方法制成的原料制备，其包括材料、配体、物相均一致的纳米颗粒和量子点的壳，从而通过其制成的量子点发光二极管具有前述权要的特性，可以增大电荷传输性能，减少漏电问题，进而加强器件光电效应。

本发明进一步设置为：当所述量子点发光二极管为正置型，所述第一电荷传输层为空穴传输层，所述第二电荷传输层为电子传输层；当所述量子点发光二极管为倒置型，所述第一电荷传输层为电子传输层，所述第二电荷传输层为空穴传输层。

通过采用上述技术方案，量子点发光二极管包括有正置型和倒置型两种。

本发明进一步设置为：所述量子点发光层的厚度为5~120 nm。

本发明进一步设置为：所述纳米颗粒尺寸范围为0.5~30 nm，所述壳的厚度范围为0.5~30 nm。

本发明进一步设置为：所述量子点在量子点发光层中的浓度为1~60mg/mL。

通过采用上述技术方案，量子点发光层可以尽量避免对电荷传输层造成干扰，并增大量子点之间的电荷传输性，减少漏电流，从而提高器件效率。

本发明进一步设置为：包括发光模组，所述发光模组包括若干量子点发光二极管。

本发明进一步设置为：包括显示装置，所述显示装置包括若干发光模组。

综上所述，本发明具有以下有益效果：设置有量子点发光层原料制备方法用于制备出量子点发光层原料，制备出的原料中壳材料一部分包覆在量子点外，另一部分独立生成在纳米颗粒；因为量子点和纳米颗粒是同一反应体系中得到，所以纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致；此时由于和壳材料一致的纳米颗粒可以对量子点之间的间隙充分填充，且可以在量子点发光层中充当载流子传输层，起到调节载流子传输的作用，因此在利用上述量子点发光层原料制备成发光层，并制成发光器件后可以增大电荷传输性能，减少漏电流，从而提高器件性能。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程图；

图2为本发明的实施例一的量子点及纳米颗粒一锅合成法的反应示意图；

图3为本发明的实施例二的量子点发光二极管的结构视图。

图中：A1、纳米颗粒；A2、量子点；1、第一电极层；2、第一电荷传输层；3、量子点发光层；4、第二电荷传输层；5、第二电极层；6、衬底。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例一，量子点发光层原料制备方法，参照图，包括：

步骤一，选择量子点的核，所述核包括II-V族化合物半导体、III-V族化合物半导体、IV-VI族化合物半导体中的一种或多种；

步骤二，确定需要生成的量子点的壳，所述壳包括ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdZnS、CdZnSe、CdZnSeS中的一种或几种；

步骤三，配置量子点及纳米颗粒一锅合成法，根据步骤一选择的核、步骤二确定的壳，按照量子点及纳米颗粒一锅合成法制备出量子点发光层原料。

如图1为量子点及纳米颗粒一锅合成法的反应示意图，其中A1为纳米颗粒、A2为量子点。

通过一锅法合成制备出的量子点发光层原料，其包括量子点以及纳米颗粒，量子点又包括核以及包覆于核的壳，而纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致。

由于通过一锅合成法制备出的原料，其壳材料一部分包覆在量子点外，另一部分独立生成在纳米颗粒，且因为量子点和纳米颗粒是同一反应体系中得到，所以纳米颗粒和壳的材料、配体、物相均一致。同时根据以上内容，纳米颗粒还可以充分混合在量子点之间，因此在利用一锅合成法制备出的原料作为量子点发光层原料并制成发光层后，其具备如下特性：

1、纳米颗粒可以对量子点之间的间隙进行充分填充，并充当电子/空穴（载流子）传输层；

2、纳米颗粒A1和壳的材料、配体、物相均一致可以提高混合的均一性，在降低工艺难度，且无需后期共混，避免引入新的物质作为载流子传输层造成潜在破坏，影响制成的器件的原有功效；

3、引入该原料作为量子点发光层，可以在不影响器件载流子注入情况下，增大量子点之间的电荷传输性，减少漏电流，从而提高器件效率；

4、该原料制成的发光层能有效阻挡电子或者空穴以及载流子的传输，能够将电子、空穴有效束缚在量子点发光层中，从而提高器件的效率；

5、通过调控纳米颗粒A1以及壳的厚度，根据量子尺寸效应，当壳层材料纳米颗粒的尺寸小于核壳量子点壳层的厚度时，可以实现载流子传输层的禁带宽度更大，这更有利电子和空穴的注入以及在发光层内的复合，提高器件性能。

以下对量子点及纳米颗粒一锅合成法做详细介绍，以制备CdSe/CdS为例。

A、在250ml三口烧瓶中加入7.5ml 0.5M（1M=1mol/L） 油酸镉溶液，13ml 三辛基氧膦，50ml 1-十八烯，80摄氏度保温30分钟除水除氧；

B、将步骤A中的前驱体溶液氮气保护下升温至300摄氏度，达到制定温度后快速注入4ml 1M TOP/Se和3ml 油胺的混合液，并在300摄氏度条件下保温10分钟；

C、将步骤B制备的CdSe core原液以正庚烷分散，加适量乙醇至浑浊后离心，取纯化后固体分散于十八烯备用；

D、在250ml三口烧瓶中加入100mmol 步骤C中纯化好的CdSe core溶液，同时加入10ml十八烯，20mg 十四酸镉，在80摄氏度保温30分钟除水除氧；

E、将步骤D中的前驱体在氮气保护下升温至270摄氏度，达到温度后加入3ml 油胺，保温15分钟；

F、配制镉/硫前驱体，取18ml 0.1M S/ODE与5ml 0.5M 油酸镉混合

G、取6ml步骤F 中混合好的镉/硫前驱体，以4ml/h的速度滴加入CdSe core溶液中；

H、滴加完成后，将反应体系温度升至320摄氏度，将剩余的17ml 镉/硫前驱体在2h内滴加入三口烧瓶中，滴加完保温10分钟，停止反应降至室温。

I、将冷却后的反应原液，加正庚烷分散，再加适量乙醇至溶液浑浊，离心取下层固体再次以正庚烷/乙醇纯化，共纯化5次，最后得到纯化好的含有壳层材料纳米颗粒的量子点以需求浓度分散于正辛烷中。

制成量子点发光层时分离出含有纳米颗粒的量子点制备即可。

实施例二，应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，参照图，包括量子点发光二极管，量子点发光二极管包括自上而下依次叠置的第一电极层1、第一电荷传输层2、量子点发光层3、第二电荷传输层4、第二电极层5以及衬底6。

当量子点发光二极管为正置型时，第一电荷传输层2为空穴传输层，第二电荷传输层4为电子传输层；当量子点发光二极管为倒置型，第一电荷传输层2为电子传输层，第二电荷传输层4为空穴传输层。

正置型、倒置型的量子点发光二极管并不局限于上述功能层，还可以进一步加入界面功能层或界面修饰层，该界面功能层或界面修饰层包括空穴阻挡层、电子阻挡层、隔离保护层、电极修饰层中的一种或多种。

量子点发光层3包括多个量子点A2以及纳米颗粒A1，其采用实施例一制备出的量子点发光层原料，使得量子点A2包括核以及包覆于核的壳，且纳米颗粒A1和壳的材料、配体、物相均一致。此时多个纳米颗粒形成载流子传输层，该载流子传输层可以作为第二空穴传输层和/或第二电子传输层，根据实施例一的特性可知，采用实施例一的原料制成的量子点发光二极管，可以增大电荷传输性能，减少漏电问题，进而加强器件光电效应。

进一步的，对量子点发光二极管限制，量子点发光层3的厚度设置为5~120 nm，纳米颗粒A1尺寸范围为0.5~30 nm，壳的厚度范围为0.5~30 nm，量子点A2在量子点发光层中的浓度为1~60mg/mL 。此时量子点发光层3的厚度对第一电荷传输层2、第二电荷传输层4的影响较小，纳米颗粒A2在量子点发光层3中起到的电荷传输增益更佳。第一电荷传输层2、第二电荷传输层4采用半导体材料。

量子点发光二极管的各层，至少电荷传输层可采用旋涂、打印、真空蒸镀或溅射方式制备。

本发明还包括发光模组，发光模组包括若干上述量子点发光二极管，若干量子点发光二极管组合形成发光模组。

本发明还包括显示装置，显示装置包括若干发光模组，若干发光模组相互组合形成显示装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种量子点发光层原料制备方法，其特征在于，包括：

步骤一，选择量子点（A2）的核，所述核包括II-V族化合物半导体、III-V族化合物半导体、IV-VI族化合物半导体中的一种或多种；

步骤二，确定需要生成的量子点（A2）的壳，所述壳包括ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdZnS、CdZnSe、CdZnSeS中的一种或几种；

步骤三，配置量子点及纳米颗粒一锅合成法，根据步骤一选择的核、步骤二确定的壳，按照量子点及纳米颗粒一锅合成法制备出量子点发光层原料；

所述量子点发光层原料包括量子点（A2）以及纳米颗粒（A1），所述量子点（A2）包括核以及包覆于核的壳，所述纳米颗粒（A1）和壳的材料、配体、物相均一致。

2.一种应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：包括量子点发光二极管，所述量子点发光二极管包括自上而下依次叠置的第一电极层（1）、第一电荷传输层（2）、量子点发光层（3）、第二电荷传输层（4）、第二电极层（5）以及衬底（6），所述量子点发光层（3）包括多个量子点（A2）以及纳米颗粒（A1），所述量子点（A2）包括核以及包覆于核的壳，所述纳米颗粒（A1）和壳的材料、配体、物相均一致，多个所述纳米颗粒（A1）形成第二空穴传输层、第二电子传输层。

3.根据权利要求2所述的应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：当所述量子点发光二极管为正置型，所述第一电荷传输层（2）为空穴传输层，所述第二电荷传输层（4）为电子传输层；当所述量子点发光二极管为倒置型，所述第一电荷传输层（2）为电子传输层，所述第二电荷传输层（4）为空穴传输层。

4.根据权利要求2所述的应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：所述量子点发光层（3）的厚度为5~120 nm。

5.根据权利要求4所述的应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：所述纳米颗粒（A1）尺寸范围为0.5~30 nm，所述壳的厚度范围为0.5~30 nm。

6.根据权利要求5所述的应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：所述量子点（A2）在量子点发光层中的浓度为1~60mg/mL。

7.根据权利要求3或5所述的应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：包括发光模组，所述发光模组包括若干量子点发光二极管。

8.根据权利要求7所述的应用量子点发光层原料制备方法的发光器件，其特征在于：包括显示装置，所述显示装置包括若干发光模组。