CN111384262A - 量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于显示技术领域,具体涉及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,包括阳极、阴极以及位于所述阳极和所述阴极之间的量子点发光层,所述阴极与所述量子点发光层之间设置有电子传输层,所述电子传输层的材料为N型半导体,且所述电子传输层靠近所述量子点发光层的表面设置有P型半导体层。通过该P型半导体层与电子传输层的N型半导体形成PN结,这样的P型半导体层不仅可以增加了量子点发光层中的激子浓度,而且能减缓了电子的注入速率,使量子点发光层电荷更加平衡,同时当还可以进一步阻挡部分空穴在穿过量子点发光层时向电子传输层和阴极运动,最终使器件具有很好的发光效率。

Description

量子点发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于显示技术领域,具体涉及一种量子点发光二极管及其制备方法。
背景技术
近年来,随着显示技术的快速发展,以半导体量子点(Quantum Dots,QDs)作为发光层的量子点发光二极管(QLED,Quantum Dot Light Emitting Diodes)受到了广泛的关注。量子点发光二极管色纯度高、发光效率高、发光颜色可调以及器件稳定等良好的特点,使得其在平板显示、固态照明等领域具有广泛的应用前景。尽管通过对量子点材料的改进以及QLED器件结构的不断优化,现有QLED的性能(包括器件效率和寿命)得到了大幅度的提高,但是其效率与产业化生产的要求还相差较远。
载流子的注入不平衡是影响QLED的器件效率的一个主要原因,即空穴注入效率相比电子注入效率普遍偏低,导致器件的量子点发光层中注入电荷不平衡,量子点呈现非电中性。另外,提高器件效率的一个关键因素就是要增大电子和空穴的注入浓度,提高其在量子点发光层中的复合几率,从而提高器件效率。因此,如何提高QLED发光效率是研究的一个重要方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种量子点发光二极管及其制备方法,旨在解决现有QLED中的载流子注入不平衡,从而影响器件效率的技术问题。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
本发明一方面提供一种量子点发光二极管,包括阳极、阴极以及位于所述阳极和所述阴极之间的量子点发光层,所述阴极与所述量子点发光层之间设置有电子传输层,所述电子传输层的材料为N型半导体,且所述电子传输层靠近所述量子点发光层的表面设置有P型半导体层。
本发明提供的量子点发光二极管中,在电子传输层靠近量子点发光层的表面设置有P型半导体层,即在电子传输层与量子点发光层之间插入一层P型半导体,该P型半导体层与电子传输层的N型半导体形成PN结,而PN结会产生新的电子和空穴,在电场作用下,会增加注入量子点发光层的电子浓度,这样,在库仑力的作用下就会有更多电子和空穴结合形成激子,即增加了量子点发光层中的激子浓度,从而提高器件效率;而且该PN结在内建电场有阻碍电子注入的作用,能减缓了电子的注入速率,使量子点发光层电荷更加平衡,同时当部分空穴在穿过量子点发光层时,该P型半导体层还可以进一步阻挡空穴向电子传输层和阴极运动,从而减小漏电流,提高空穴在量子点发光层的复合几率,最终提高器件发光效率。
本发明另一方面提供一种量子点发光二极管的制备方法,所述量子点发光二极管为正型结构量子点发光二极管,包括如下步骤:
提供阳极基底;
在所述阳极基底上制备P型半导体层;
在所述P型半导体层表面制备N型半导体组成的电子传输层;
在所述电子传输层上制备量子点发光层;
在所述量子点发光层上制备阴极。
以及另一种量子点发光二极管的制备方法,所述量子点发光二极管为反型结构量子点发光二极管,包括如下步骤:
提供阴极基底;
在所述阴极基底上制备N型半导体组成的电子传输层;
在所述电子传输层的表面制备P型半导体层;
在所述P型半导体层上制备量子点发光层;
在所述量子点发光层上制备阳极。
本发明提供的两种量子点发光二极管的制备方法分别制备正型结构器件和反型结构器件,该两种制备方法,均可以实现在电子传输层靠近量子点发光层的表面制备P型半导体层,通过该P型半导体层与电子传输层的N型半导体形成PN结,这样的P型半导体层不仅可以增加了量子点发光层中的激子浓度,而且能减缓了电子的注入速率,使量子点发光层电荷更加平衡,同时当还可以进一步阻挡部分空穴在穿过量子点发光层时向电子传输层和阴极运动,最终制得的量子点发光二极管具有很好的发光效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的量子点发光二极管的结构示意图;
图2为本发明实施例2的量子点发光二极管的结构示意图;
图3为本发明实施例正型结构量子点发光二极管的制备方法流程图;。
图4为本发明实施例反型结构量子点发光二极管的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一方面,本发明实施例提供了一种量子点发光二极管,包括阳极、阴极以及位于所述阳极和所述阴极之间的量子点发光层,所述阴极与所述量子点发光层之间设置有电子传输层,所述电子传输层的材料为N型半导体,且所述电子传输层靠近所述量子点发光层的表面设置有p型半导体层。
P型半导体和N型半导体结合后,由于N型区内自由电子为多子,空穴几乎为零称为少子,而P型区内空穴为多子,自由电子为少子,在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差;最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡,如此在P型半导体和N型半导体的结合面两侧留下离子薄层,这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。从PN结的形成原理可以看出,要想让PN结导通形成电流,必须消除其空间电荷区的内部电场的阻力。很显然,给它加一个反方向的更大的电场,即P区接外加电源的正极,N区结负极,就可以抵消其内部自建电场,使载流子可以继续运动,从而形成线性的正向电流。
本发明实施例提供的量子点发光二极管基于上述原理,在电子传输层靠近量子点发光层的表面设置有P型半导体层,即在电子传输层与量子点发光层之间插入一层P型半导体,该P型半导体层与电子传输层的N型半导体形成PN结,而PN结会产生新的电子和空穴,在电场作用下,会增加注入量子点发光层的电子浓度,这样,在库仑力的作用下就会有更多电子和空穴结合形成激子,即增加了量子点发光层中的激子浓度,从而提高器件效率;而且该PN结在内建电场有阻碍电子注入的作用,能减缓了电子的注入速率,使量子点发光层电荷更加平衡,同时当部分空穴在穿过量子点发光层时,该P型半导体层还可以进一步阻挡空穴向电子传输层和阴极运动,从而减小漏电流,提高空穴在量子点发光层的复合几率,最终提高器件发光效率。
进一步地,本发明实施例提供的量子点发光二极管中,所述p型半导体层的材料选自CuO、Cu2O、NiO和V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体层的材料选自P型掺杂的CuO、P型掺杂的Cu2O、P型掺杂的NiO和P型掺杂的V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体层的材料选自P型掺杂的ZnO。具体地,所述P型掺杂的ZnO,可以选自SbZnO、CoZnO、PZnO和AsZnO中的至少一种。更进一步地,本发明实施例提供的量子点发光二极管中,所述电子传输层的材料选自ZnO、TiO2、SnO2、Ta2O3中的至少一种;和/或,所述电子传输层的N型半导体选自N型掺杂的ZnO、N型掺杂的TiO2、N型掺杂的SnO2和N型掺杂的Ta2O3中的至少一种。
进一步地,本发明实施例提供的量子点发光二极管中,所述P型半导体层的厚度为5-20nm;所述电子传输层的厚度为10-60nm。该电子传输层的厚度不包括P型半导体层的厚度。进一步地,本发明实施例提供的量子点发光二极管中,所述阴极与所述电子传输层之间设置有电子注入层。更近一步地,所述阳极与所述量子点发光层之间设置有空穴功能层。该空穴功能层可以为空穴传输层,或者该空穴功能层包括层叠设置的空穴注入层和空穴传输层,而空穴注入层与阳极相邻,空穴传输层与量子点发光层相邻。
上述空穴传输层的材料可以是常用的聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)、聚乙烯咔唑(PVK)、聚(N,N'双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺)(Poly-TPD)、聚(9,9-二辛基芴-共-双-N,N-苯基-1,4-苯二胺)(PFB)、4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、4,4'-二(9-咔唑)联苯(CBP)、N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(TPD)、N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(NPB)中的一种或多种,还可以是其它高性能的空穴传输材料,空穴传输层厚度为1-100nm。空穴注入层的材料可以是水溶性的PEDOT:PSS,也可以是其它具有良好空穴注入性能的材料,如NiO、MoO3、WO3或V2O5等,本发明实施例优选PEDOT:PSS作为空穴注入层,厚度为10-100nm。
上述量子点发光层的材料可以为常见的红光量子点、绿光量子点、蓝光量子点中的一种或多种,厚度约10-100nm。
另一方面,本发明实施例还提供了一种量子点发光二极管的制备方法,所述量子点发光二极管为正型结构量子点发光二极管,如图3所示,包括如下步骤:
S01:提供阳极基底;
S02:在所述阳极基底上制备P型半导体层;
S03:在所述P型半导体层表面制备N型半导体组成的电子传输层;
S04:在所述电子传输层上制备量子点发光层;
S05:在所述量子点发光层上制备阴极。
以及,另一种量子点发光二极管的制备方法,所述量子点发光二极管为反型结构量子点发光二极管,如图4所示,包括如下步骤:
E01:提供阴极基底;
E02:在所述阴极基底上制备N型半导体组成的电子传输层;
E03:在所述电子传输层的表面制备P型半导体层;
E04:在所述P型半导体层上制备量子点发光层;
E05:在所述量子点发光层上制备阳极。。
本发明实施例提供的两种量子点发光二极管的制备方法分别制备正型结构器件和反型结构器件,该两种制备方法,均可以实现在电子传输层靠近量子点发光层的表面制备P型半导体层,通过该P型半导体层与电子传输层的N型半导体形成PN结,这样的P型半导体层不仅可以增加了量子点发光层中的激子浓度,而且能减缓了电子的注入速率,使量子点发光层电荷更加平衡,同时当还可以进一步阻挡部分空穴在穿过量子点发光层时向电子传输层和阴极运动,最终制得的量子点发光二极管具有很好的发光效率。
对于正型结构量子点发光二极管的制备,在所述阳极基底上制备P型半导体层的步骤包括:CuO、Cu2O、NiO和V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的CuO、P型掺杂的Cu2O、P型掺杂的NiO和P型掺杂的V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的ZnO。
如果阳极基板表面设置的是阳极,则先在阳极上制备空穴功能层(如空穴传输层,或者依次层叠的空穴注入层和空穴传输层),再在空穴功能层上制备量子点发光层,最后在量子点发光层上制备P型半导体层。如果阳极基板表面设置的是空穴功能层,则先在空穴功能层上制备量子点发光层,再在量子点发光层上制备P型半导体层。如果阳极基板表面设置的是量子点发光层,则直接在量子点发光层上制备P型半导体层。对于阳极基底,其上的底电极为阳极,材料可以为ITO,最后制备的顶电极为阴极,材料可以为Al、Ag、Au或Cu等,顶电极厚度为60-120nm。
对于反型结构量子点发光二极管的制备,在所述电子传输层的表面制备P型半导体层的步骤包括:将P型半导体材料沉积在所述电子传输层表面,得到所述P型半导体层;其中,所述p型半导体材料选自CuO、Cu2O、NiO和V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的CuO、P型掺杂的Cu2O、P型掺杂的NiO和P型掺杂的V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的ZnO。。
如果阴极基板表面设置的是阴极,则先在阴极上制备电子传输层,再在电子传输层上制备P型半导体层。如果阴极基板表面设置的是电子注入层,则直接在电子注入层上制备电子传输层层,再在电子传输层表面制备P型半导体层。对于阴极基底,其上的底电极为阴极,材料可以为ITO,最后制备的顶电极为阳极,材料可以为Al、Ag、Au或Cu等,顶电极厚度为60-120nm。
对于上述阳极基底或阴极基底:可以先将制作有底电极的基板进行处理(其中基板可以是刚性基板,例如玻璃,也可以是柔性基板,例如PI),再在所述基板上制作底电极,例如形成ITO基底。然后将图案化的ITO基板清洗干净,在沉积其他功能层前将干净的ITO基板用紫外-臭氧或氧气等离子体处理,以进一步除去ITO表面附着的有机物并提高ITO的功函数。
本发明先后进行过多次试验,现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述,下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种正型结构QLED器件,如图1所示,从下到上包括依次层叠的阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、CuO层(即P型半导体层)、电子传输层和阴极。
该器件制备方法如下:
首先,将图案化的ITO基板按次序置于丙酮,洗液,去离子水以及异丙醇中进行超声清洗,以上每一步超声均需持续15分钟左右。待超声完成后将ITO放置于洁净烘箱内烘干备用;待ITO基板烘干后,用紫外-臭氧处理ITO表面5分钟以进一步除去ITO表面附着的有机物并提高ITO的功函数。
然后,在经过上步处理的ITO基板上沉积一层空穴注入层(材料为PEDOT:PSS),此层的厚度为30nm,并将基板置于150℃的加热台上加热30分钟以除去水分,此步需在空气中完成。
紧接着,将干燥后的涂有空穴注入层的基板置于氮气气氛中,沉积一层空穴传输层(材料为TFB),此层的厚度为30nm,并将基板置于150℃的加热台上加热30分钟以除去溶剂。
待上一步处理的片子冷却后,将红色量子点发光材料沉积在空穴传输层表面,得到量子点发光层,其厚度为20nm;这一步的沉积完成后将片子放置在80℃的加热台上加热10分钟,除去残留的溶剂。
然后再沉积一层CuO即P型半导体层,厚度约10nm。
随后,再沉积一层ZnO作为电子传输层,沉积完成后将片子放置在80℃的加热台上加热30分钟,其厚度为50nm。
最后,将沉积完各功能层的片子置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层100nm的银作为阴极,器件制备完成。
实施例2
一种反型结构QLED器件,如图2所示,从下到上包括依次层叠的阴极、电子传输层、As掺杂ZnO层(即P型半导体层)、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极。
该器件制备方法如下:
首先,将图案化的ITO基板按次序置于丙酮,洗液,去离子水以及异丙醇中进行超声清洗,以上每一步超声均需持续15分钟左右,待超声完成后将ITO放置于洁净烘箱内烘干备用;待ITO基板烘干后,用紫外-臭氧处理ITO表面5分钟以进一步除去ITO表面附着的有机物并提高ITO的功函数。
然后,沉积一层ZnO作为电子传输层,沉积完成后将片子放置在80℃的加热台上加热30分钟,其厚度为40nm。
随后再制备一层As掺杂ZnO(即P型半导体层),厚度约15nm。
然后,将蓝色量子点发光材料沉积在P型半导体层表面,得到量子点发光层,其厚度为20nm,这一步的沉积完成后将片子放置在80℃的加热台上加热10分钟,除去残留的溶剂。
紧接着蒸镀一层空穴传输层(材料为NPB),此层的厚度为10nm。
随后,再蒸镀一层空穴注入层(材料为MoO3),此层的厚度为30nm。
最后,将沉积完各功能层的片子置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层银作为阳极,厚度为80nm。器件制备完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量子点发光二极管,包括阳极、阴极以及位于所述阳极和所述阴极之间的量子点发光层,所述阴极与所述量子点发光层之间设置有电子传输层,其特征在于,所述电子传输层的材料为N型半导体,且所述电子传输层靠近所述量子点发光层的表面设置有P型半导体层。
2.如权利要求1所述的量子点发光二极管,其特征在于,所述P型半导体层的材料选自CuO、Cu2O、NiO和V2O5中的至少一种;和/或,
所述P型半导体层的材料选自P型掺杂的CuO、P型掺杂的Cu2O、P型掺杂的NiO和P型掺杂的V2O5中的至少一种;和/或,
所述P型半导体层的材料选自P型掺杂的ZnO。
3.如权利要求2所述的量子点发光二极管,其特征在于,所述P型掺杂的ZnO选自SbZnO、CoZnO、PZnO和AsZnO中的至少一种。
4.如权利要求1所述的量子点发光二极管,其特征在于,所述电子传输层的N型半导体选自ZnO、TiO2、SnO2、Ta2O3中的至少一种;和/或,
所述电子传输层的N型半导体选自N型掺杂的ZnO、N型掺杂的TiO2、N型掺杂的SnO2和N型掺杂的Ta2O3中的至少一种。
5.如权利要求1所述的量子点发光二极管,其特征在于,所述P型半导体层的厚度为5-20nm;和/或,
所述电子传输层的厚度为10-60nm。
6.如权利要求1-5任一项所述的量子点发光二极管,其特征在于,所述阴极与所述电子传输层之间设置有电子注入层;和/或,
所述阳极与所述量子点发光层之间设置有空穴功能层。
7.一种量子点发光二极管的制备方法,所述量子点发光二极管为正型结构量子点发光二极管,其特征在于,包括如下步骤:
提供阳极基底;
在所述阳极基底上制备P型半导体层;
在所述P型半导体层表面制备N型半导体组成的电子传输层;
在所述电子传输层上制备量子点发光层;
在所述量子点发光层上制备阴极。
8.如权利要求7所述的量子点发光二极管的制备方法,其特征在于,在所述阳极基底上制备P型半导体层的步骤包括:
将P型半导体材料沉积在所述阳极基底上,得到所述P型半导体层;其中,所述P型半导体材料选自CuO、Cu2O、NiO和V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的CuO、P型掺杂的Cu2O、P型掺杂的NiO和P型掺杂的V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的ZnO。
9.一种量子点发光二极管的制备方法,所述量子点发光二极管为反型结构量子点发光二极管,其特征在于,包括如下步骤:
提供阴极基底;
在所述阴极基底上制备N型半导体组成的电子传输层;
在所述电子传输层的表面制备P型半导体层;
在所述P型半导体层上制备量子点发光层;
在所述量子点发光层上制备阳极。
10.如权利要求9所述的量子点发光二极管的制备方法,其特征在于,在所述电子传输层的表面制备P型半导体层的步骤包括:
将P型半导体材料沉积在所述电子传输层表面,得到所述P型半导体层;其中,所述p型半导体材料选自CuO、Cu2O、NiO和V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的CuO、P型掺杂的Cu2O、P型掺杂的NiO和P型掺杂的V2O5中的至少一种;和/或,所述P型半导体材料选自P型掺杂的ZnO。
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