CN111139059A - 一种短链烷基羧酸改善钙钛矿量子点性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短链烷基羧酸改善钙钛矿量子点性能的方法，其步骤为：将量子点原液用第一提纯剂离心，得到沉淀；向所得沉淀中加入双十二烷基溴化铵的甲苯溶液、有机溶剂和短链烷基羧酸对钙钛矿量子点进行钝化，再用第二提纯剂离心，得到稳定的钙钛矿量子点。本发明利用短链烷基羧酸对量子点进行表面钝化使制得的量子点更稳定，同时具有更好的光致发光、电致发光性能，利用该量子点制备高性能、高效率的量子点器件，发光二极管的外量子效率、亮度、电流效率等方面均有较大改善，外量子效率提升20%‑40%以上，亮度提升20%‑120%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种短链烷基羧酸改善钙钛矿量子点性能的方法，属于钙钛矿量子点制备技术领域。
背景技术
钙钛矿量子点制备方法主要是热注入法和室温合成法，其中室温合成法因其实验条件要求低、操作简单、产率高等特点被广泛采用。但相比于热注入法制备的钙钛矿量子点，室温合成法制备的钙钛矿量子点光致发光量子产率(PLQY)、亮度、电致发光等光电性能较低，因此在钙钛矿量子点发光二极管中的应用受到限制。
采用室温合成法制备的钙钛矿量子点，由于离子晶体的特性，其表面存在大量缺陷，这些缺陷破坏了量子点晶体的完整新和周期性，量子点表面的大量缺陷导致电荷注入和传输被阻碍，非辐射复合增加，从而量子点器件的亮度、光致发光量子产率(PLQY)、外量子效率(EQE)等均较低，这也是经室温合成法制备的钙钛矿量子点不足以直接制备高性能发光二极管的原因。
解决这一困境的方法之一是修复量子点表面的缺陷，但目前位置仍没有有效的策略能有效钝化量子点表面。之前已经有相关研究提出对量子点表面采用不同配体进行钝化和修复，其中较有效的方法是在生成量子点后采用双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)等进行修复，采用此方法虽然能有效改善量子点的性能，但制备的量子点器件在亮度，外量子效率(EQE)等光电仍有明显不足。因此还需要在此基础上开发更有效的钝化策略，进一步优化钙钛矿量子点发光二极管(QLED)的光电性能。
发明内容
为了提升量子点的亮度，外量子效率(EQE)等光电性能，扩展室温合成法在量子点电致发光器件中的应用，本发明提供了一种短链烷基羧酸改善钙钛矿量子点发光二极管性能的方法，可有效提升钙钛矿量子点的光致发光和钙钛矿量子点发光二极管的电致发光、亮度等光电性能。
本发明通过如下技术方法实现上述目的，一种短链烷基羧酸改善钙钛矿量子点性能的方法，包括如下步骤：
1)将量子点原液用第一提纯剂离心，得到沉淀；
2)向步骤1）得到的沉淀中加入双十二烷基溴化铵(DDAB)的甲苯溶液、有机溶剂和短链烷基羧酸对钙钛矿量子点进行钝化，再用第二提纯剂离心，得到稳定的钙钛矿量子点。
进一步的，步骤1)中，采用室温合成法制备钙钛矿量子点原液。
进一步的，步骤1）和步骤2)中，第一、第二提纯剂为乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、丙酮、乙腈、异丙醇中任意一种。
进一步的，步骤1）中，第一提纯剂与量子点原液的体积比为1:1~4:1。
进一步的，步骤2)中，短链烷基羧酸为直链或支链烷基羧酸，选自丁酸、己酸、辛酸、葵酸，葵二酸、异辛酸、己基癸酸和正己基癸酸中任意一种或几种。
进一步的，步骤2）中，有机溶剂为甲苯、丙酮、乙醇中任意一种。
进一步的，步骤2）中，DDAB的甲苯溶液的浓度为0.01~0.2 mmol/mL。
进一步的，步骤2）中，DDAB的甲苯溶液与有机溶剂体积比为1:1~1:3，DDAB的甲苯溶液与第二提纯剂体积比为1:5~1:10，短链烷基羧酸与第二提纯剂的体积比为1:500~1:1000。
进一步的，DDAB的甲苯溶液、有机溶剂与第二提纯剂的总体积与第一提纯剂体积比为1:1~1:4。
与现有技术相比，本发明提出一种利用不同短链烷基羧酸对量子点进行表面钝化使制得的量子点更稳定，改善量子点的电荷提取与注入，提升光致发光；用该钙钛矿量子点溶液制备的高性能、高效率发光二极管的外量子效率(EQE)、亮度、电流效率等方面均有较大改善。使用短链烷基羧酸钝化制备的钙钛矿量子点发光二极管较使用长链烷基羧酸钝化的情况，外量子效率提升20%-40%以上，亮度提升20%-120%以上；较未使用烷基羧酸钝化的钙钛矿量子点发光二极管，上述性能提升更多。
附图说明
图1为实施例1-7量子点溶液制备的钙钛矿量子点发光二极管(QLED)的亮度曲线。
图2为实施例1、8、9量子点溶液制备的钙钛矿量子点发光二极管(QLED)的亮度曲线。
图3为实施例1-7量子点溶液制备的钙钛矿量子点发光二极管(QLED)的外量子效率(EQE)曲线。
图4为实施例1、8、9量子点溶液制备的钙钛矿量子点发光二极管(QLED)的外量子效率(EQE)曲线。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作具体的阐述。
本发明通过短链烷基羧酸改善量子点光电性能。先使用室温合成法制备量子点原液，再使用提纯剂提纯，DDAB、短链烷基羧酸、有机溶剂、提纯剂等进对量子点进行钝化提纯，最后使用有机溶剂分散得到近乎完美的稳定量子点。具体步骤如下：
1)将量子点原液用第一提纯剂离心，得到沉淀；
2)向步骤1）得到的沉淀中加入双十二烷基溴化铵(DDAB)的甲苯溶液、有机溶剂和短链烷基羧酸对钙钛矿量子点进行钝化，再用第二提纯剂离心，得到稳定的钙钛矿量子点；
3)使用辛烷，己烷，甲苯中任意一种作为分散溶剂将稳定的钙钛矿量子点分散，得到可用的钙钛矿量子点。
实施例1
1)将0.367 g溴化铅(PbBr2)和1.2 g四辛基溴化铵(TOAB)加在26.8 g甲苯中，超声处理至PbBr2 和TOAB 完全溶解，制成Pb-前驱体备用；
2)将0.9774 g碳酸铯（Cs2CO3）加到辛酸（C8A，15 mL）中，搅拌至完全溶解，制成Cs-前驱体备用；
3)将0.5 g双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)加入到35.6 g甲苯中，超声至完全溶解，制成DDAB 溶液备用；
4)量子点原液制备：称取0.433 g Cs-前驱体、0.1 g 油酸和1 mL 甲苯混合均匀，注入到9.2 g Pb-前驱体溶液中；反应进行2 min时注入3 mL DDAB 溶液，反应至4 min时停止。
5)量子点的提纯：将量子点原液分装至两个50 mL 离心管中，分别加入10 mL 乙酸乙酯，8000rpm，1 min离心取沉淀。
6)短链烷基羧酸钝化量子点：沉淀分散在3 mL 甲苯中，加入1.5 mL 的DDAB 溶液和0.01 g 油酸，混合均匀，使配体进行充分交换，再加入8 mL 乙酸乙酯进行第二次提纯，将混合液再次经过8000rpm、1 min离心取沉淀。
7)量子点的分散：将沉淀分散在2 mL正辛烷中，经4000 rpm、1 min离心取上清液得到稳定近乎完美的量子点溶液。
8)在有ITO电极的玻璃衬底上依次旋涂PEDOT:PSS、PTAA和CsPbBr3量子点，然后在蒸镀机里依次蒸发40 nm的TPBi、1nm的LiF和100nm的Al电极，得到QLED器件。
实施例2
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的短链烷基羧酸改为辛酸，其他条件保持一致。
经辛酸作为短链烷基羧酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度较实施例1的提升75%，外量子效率较实施例1的提升40%。
实施例3
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的短链烷基羧酸改为己酸，其他条件保持一致。
经己酸作为短链烷基羧酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度较实施例1的提升55%，外量子效率较实施例1的提升32%。
实施例4
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的短链烷基羧酸改为丁酸，其他条件保持一致。
经丁酸作为短链烷基羧酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度较实施例1的提升40%，外量子效率较实施例1的提升31%。
实施例5
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的短链烷基羧酸改为异辛酸，其他条件保持一致。
经异辛酸作为短链烷基羧酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度较实施例1的提升120%，外量子效率较实施例1的提升22%。
实施例6
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的短链烷基羧酸改为己基葵酸，其他条件保持一致。
经己基葵酸作为短链烷基羧酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度较实施例1的提升20%，外量子效率较实施例1的提升27%。
实施例7
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的短链烷基羧酸改为正己基葵酸，其他条件保持一致。
经正己基葵酸作为短链烷基羧酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度较实施例1的提升5%，外量子效率较实施例1的提升30%。
实施例8
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的油酸的量0.002 g，其他条件保持一致。
经0.1 g 油酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度为实施例1的95%，外量子效率为实施例1的90%。
实施例9
采用与实施例1相同工艺，区别在于在步骤6)中钝化量子点的油酸的量0.1 g，其他条件保持一致。
经0.002 g 油酸钝化的量子点制备的QLED，其亮度为实施例1的140%，外量子效率为实施例1的70%。
图1中，几条不同曲线分别是加入0.01 g不同酸的钙钛矿LED亮度曲线，不同酸对钙钛矿量子点LED的亮度均有较大提升，只不过不同酸对LED光电性能的提升效果不同，具体提升效果参考实施例1~7。
图2中，几条不同曲线分别是加入不同量油酸后钙钛矿量子点LED的亮度曲线，可以看出，加入少量(0.001 g)油酸对LED光电性能的提升较小。加入大量(0.01 g)油酸对LED亮度有一定提升，具体效果参考实施例1、8、9。
图3中，几条不同曲线分别是加入0.01 g不同酸的钙钛矿LED的EQE曲线，不同酸对钙钛矿量子点LED的EQE均有较大提升，只不过不同酸对LED光电性能的提升效果不同，具体提升效果参考实施例1~7。
图4中，几条不同曲线分别是加入不同量油酸后钙钛矿量子点LED的EQE曲线，可以看出，加入少量(0.001 g)油酸或大量(0.01 g)油酸均降低了LED器件EQE，具体效果参考实施例1、8、9。
Claims (10)
1.一种短链烷基羧酸改善钙钛矿量子点性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将量子点原液用第一提纯剂离心，得到沉淀；
2)向步骤1)得到的沉淀中加入双十二烷基溴化铵的甲苯溶液、有机溶剂和短链烷基羧酸对钙钛矿量子点进行钝化，再用第二提纯剂离心，得到稳定的钙钛矿量子点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用室温合成法制备钙钛矿量子点原液。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一、第二提纯剂为乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、丙酮、乙腈、异丙醇中任意一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一提纯剂与量子点原液的体积比为1:1～4:1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，短链烷基羧酸为直链或支链烷基羧酸。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，短链烷基羧酸选自丁酸、己酸、辛酸、葵酸，葵二酸、异辛酸、己基癸酸和正己基癸酸中任意一种或几种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机溶剂为甲苯、丙酮、乙醇中任意一种。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双十二烷基溴化铵的甲苯溶液的浓度为0.01～0.2mmol/mL。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双十二烷基溴化铵的甲苯溶液与有机溶剂的体积比为1:1～1:3，双十二烷基溴化铵的甲苯溶液与第二提纯剂的体积比为1:5～1:10，短链烷基羧酸与第二提纯剂的体积比为1:500～1:1000。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双十二烷基溴化铵的甲苯溶液、有机溶剂与第二提纯剂的总体积与第一提纯剂的体积比为1：1～1:4。
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