CN113122226B - 量子点的制备方法及量子点复合材料、量子点发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于量子点技术领域,尤其涉及一种量子点的制备方法,包括步骤:在第一反应温度的保护气体氛围下,将阴离子B源与阳离子A源溶解在溶剂中,得到含有AB量子点晶核的第一反应体系;将第一反应体系的温度调节至第二反应温度,添加阴离子C源和阳离子D源,反应形成第二反应体系,第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核;将第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源,反应得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。本发明量子点的制备方法,通过一锅法同时制备出两种结构的量子点,提高了量子点材料的光热稳定性和载流子传输效率,从而提高了量子点的光电转换效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于量子点技术领域,尤其涉及一种量子点的制备方法、量子点复合材料、量子点发光二极管。
背景技术
量子点材料由于发光效率高、激发范围广、发射光谱窄、颜色波长可调、稳定性强等特点,在显示技术、太阳能电池和生物技术等方面的应用受到越来越多的关注。具有不同能带宽度的量子点,在一定波长的激发条件下将会发出不同能量的光子,也就是不同颜色的光。因此,通过一定的方式来调整量子点的尺寸和化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区,甚至是近红外区。量子点材料在发光显示领域的应用主要分为两类:一类是通过光致发光方式,将含有红绿量子点的光学薄膜置于背光模组之上,由薄膜激发出的光通过液晶和彩色滤光片展现颜色;另一类是电致发光二极管,即将量子点层夹在电子传输和空穴传输有机材料层之间,外加电场使电子和空穴移动到量子点层中,它们在这里被捕获到量子点层并且重组,从而发射光子。
目前,量子点材料的稳定性,以及在器件中的发光效率仍然是当前研究的热点之一,仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子点的制备方法,旨在一定程度上解决现有量子点材料的稳定性以及在器件中的发光效率仍有待提高的等技术问题。
本发明的再一目的在于提供一种量子点复合材料。
本发明的另一目的在于提供一种量子点发光二极管。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种量子点的制备方法,包括以下步骤:
在第一反应温度的保护气体氛围下,将阴离子B源与阳离子A源溶解在溶剂中,反应得到含有AB量子点晶核的第一反应体系;
将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度,添加阴离子C源和阳离子D源,反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核;
将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源,反应得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。
相应地,一种量子点复合材料,所述量子点复合材料包括第一量子点和第二量子点,所述第一量子点由内至外至少包括量子点晶核、第一壳层和第二壳层,所述第二量子点的晶核成分与所述第一量子点的第一壳层相同,所述第二量子点的壳层结构和成分与所述第一量子点中除第一壳层外的剩余壳层相同。
相应地,一种量子点发光二极管,所述量子点发光二极管包含有上述的量子点复合材料。
本发明提供的量子点的制备方法,在保护气体氛围下,将阳离子A源与阴离子B源在第一反应温度下反应,在第一反应体系中生成由阴离子B源和阳离子A源结合形成的化合物AB量子点晶核,然后将第一反应体系的温度调节至第二反应温度后,添加阴离子C源和阳离子D源,通过第二反应温度条件的调控,使新添加的阴离子C源和阳离子D源具有较高的活性,阴离子C源和阳离子D源反应形成化合物DC,除了包覆在AB晶核外表面的形成DC壳层外,高活性的阴离子C源和阳离子D源也会以DC单独成核形成DC量子点晶核,因此,得到的第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核。再将第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源分别在AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核的外表面结合形成EF壳层,得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。本发明提供的量子点的制备方法,通过一锅法能够同时制备出两种量子点,避免了多次合成纳米材料增加的材料工艺成本,以及溶胶凝胶或化学浴等过程中对量子点已有功能层产生破坏作用,简化了制备。且其中一种量子点结构与另一种量子点的壳层结构相同,实现了与主体量子点壳层成分一致的小尺寸量子点对主体量子点的原位掺杂,不但提高了量子点材料的光热稳定性,提高了器件中量子点膜层的稳定性,而且提高了量子点膜层中载流子的复合效率,从而提高了量子点的光电转换效率和可靠性。
本发明提供的量子点复合材料,包括第一量子点和第二量子点,所述第二量子点晶核成分与所述第一量子点的第一壳层相同,所述第二量子点的壳层结构和成分与所述第一量子点中除第一壳层外的剩余壳层相同,第二量子点能够实现对第一量子点进行原位掺杂,能够提高了量子点材料的光热稳定性,有利于量子点间载流子的传输,阻挡电子、空穴等载流子的流失,减少漏电流,将电子、空穴有效束缚在量子点发光层中,从而提高了量子点膜层中载流子的复合效率。
本发明提供的量子点发光二极管中包含有第一量子点和第二量子点的复合材料,所述第一量子点由内至外至少包括量子点晶核、第一壳层和第二壳层,所述第二量子点的结构与所述第一量子点的壳层结构相同,能够实现对第一量子点进行原位掺杂,不但提高了量子点材料的光热稳定性,提高了器件中量子点膜层的稳定性,而且提高了量子点膜层中载流子的复合效率,从而提高了量子点的光电转换效率和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的量子点的制备方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的一种具体量子点的制备方法的流程示意图。
图3是本发明实施例1制备的CdZnSe/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS共混体系的TEM图。
图4是本发明实施例1制备的CdZnSe/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS共混体系的发射光谱图。
图5是本发明实施例2制备的CdSe/CdS/ZnS和CdS/ZnS共混体系的发射光谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量,也可以表示各组分间重量的比例关系,因此,只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地,本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
如附图1所示,本发明实施例提供了一种量子点的制备方法,包括以下步骤:
S10.在第一反应温度的保护气体氛围下,将阴离子B源与阳离子A源溶解在溶剂中,反应得到含有AB量子点晶核的第一反应体系;
S20.将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度,添加阴离子C源和阳离子D源,反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核;
S30.将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源,反应得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。
本发明实施例提供的量子点的制备方法,在保护气体氛围下,将阳离子A源与阴离子B源在第一反应温度下反应,在第一反应体系中生成由阴离子B源和阳离子A源结合形成的化合物AB量子点晶核,然后将第一反应体系的温度调节至第二反应温度后,添加阴离子C源和阳离子D源,通过第二反应温度条件的调控,使新添加的阴离子C源和阳离子D源具有较高的活性,阴离子C源和阳离子D源反应形成化合物DC,除了包覆在AB晶核外表面的形成DC壳层外,体系中高活性的阴离子C源和阳离子D源也会以DC单独成核形成DC量子点晶核,因此,得到的第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核。再将第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源分别在AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核的外表面结合形成EF壳层,得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。本发明实施例提供的量子点的制备方法,通过一锅法同时制备出两种结构的量子点,避免了多次合成纳米材料增加的材料工艺成本,以及溶胶凝胶或化学浴等过程中对量子点已有功能层产生破坏作用,简化了制备。且其中一种量子点结构与另一种量子点的壳层结构相同,实现了与主体量子点壳层成分一致的小尺寸量子点对主体量子点的原位掺杂,不但提高了量子点材料的光热稳定性,提高了器件中量子点膜层的稳定性,而且提高了量子点膜层中载流子的复合效率,从而提高了量子点的光电转换效率和可靠性。
具体地,上述步骤S10中,在第一反应温度的保护气体氛围下,将阴离子B源与阳离子A源溶解在溶剂中,反应得到含有AB量子点晶核的第一反应体系。本发明实施例将阳离子A源与阴离子B源的溶解在溶剂中,在第一反应温度的保护气体氛围下,反应形成第一反应体系,在第一反应体系中含有由阴离子B源和阳离子A源结合形成的化合物AB量子点晶核。其中,氮气、氩气、氦气中的至少一种保护气体氛围不但有效防止了反应体系中原料组分在高温环境下氧化变性,而且能有效避免了副反应的发生。本发明实施例反应时间和第一反应温度不做具体限定,在实际制备过程中可根据添加的具体的阴阳离子源选择适合阴阳离子反应结合的温度和时间。
在一些实施例中,所述阳离子A源选自:镉源、锌源、铟源、镓源、铅源中的至少一种。在一些实施例中,所述阴离子B源选自:硒源、硫源、铟源、镓源、铅源中的至少一种。本发明实施例阴离子B源和阳离子A源可以是仅包含上述任意一种离子源,形成二元量子点晶核;阴离子B源和阳离子A源也可是分别同时包含两种或多种离子,形成多元量子点晶核,可根据具体应用情况灵活选择对应的阴阳离子源的种类和数量。
在一些实施例中,所述阳离子A源与所述阴离子B源的质量比为(1~1.5):1。本发明实施例第一反应体系中阳离子A源与阴离子B源的质量比为(1~1.5):1,稍微过量的阳离子源有利于阴阳离子结合,且能够避免系统中产物种类过多,副产物过多。
在一些实施例中,所述溶剂选自:磷酸三辛酯、三正丁基膦、三正辛基膦、十八烯、油酸、油胺、二十四烷中至少一种。本发明实施例采用的这些溶剂对阳离子源和阴离子源均具有较好的溶解性能,能为体系中阴阳离子的反应提供较好的溶剂反应环境。
具体地,上述步骤S20中,将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度,添加阴离子C源和阳离子D源,反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核。本发明实施例将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度后添加阴离子C源和阳离子D源,通过第二反应温度条件的调控,使新添加的阴离子C源和阳离子D源具有较高的活性,阴离子C源和阳离子D源反应形成化合物DC,除了包覆在AB晶核外表面的形成DC壳层外,高活性的C源和D源也会以DC单独成核形成DC量子点晶核,因此,得到的第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核。本发明实施例对反应时间和第二反应温度不做具体限定,在实际制备过程中可根据添加的具体的阴阳离子源选择适合阴阳离子反应结合的温度和时间。
在一些实施例中,所述阳离子D源选自:镉源、锌源、铟源、镓源、铅源中的至少一种,也可以是包含隔离子、锌离子、铟离子、镓离子、铅离子中的至少一种金属离子的化合物。在一些实施例中,所述阴离子C源选自:硒源、硫源、碲源、砷源、磷源中的至少一种,也可以是包含硒离子、硫离子、碲离子、砷离子、磷离子中的至少一种离子的化合物。
在一些实施例中,所述阳离子D源的质量与所述阴离子C源的质量之比为(1~1.5):1。本发明实施例阳离子D源的质量略高于阴离子C源的质量,既能过确保阴离子在反应系统中通过调节合适反应温度与阳离子有效结合形成DC壳层或DC量子点晶核,又能够在避免体系中阴离子过量容易生成副产物的情况下,提高目标产物的纯度。
在一些实施例中,所述第二反应体系中所述阴离子C的浓度为1mmol/ml~2mmol/ml,所述阳离子D的浓度为1mmol/ml~2mmol/ml。本发明实施例第二反应体系中阴离子C和阳离子D具有较高浓度,有利于阴离子C源和阳离子D源包覆在AB晶核外表面的形成DC壳层外的同时,过量的高活性、高浓度的C源和D源会以DC单独成核形成DC量子点晶核。有利于第二反应体系中同时生成AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核。
在一些实施例中,在步骤S10中,可添加过量的阳离子A源,过量的阳离子A源为后续添加的阴离子源的结合提供阳离子基础;在步骤S20中,仅通过添加阴离子C源,使添加的阴离子C源与体系中过量的阳离子A源反应,形成AC壳层或者是AC单独成核形成量子点晶核;能够更好地避免系统中产物种类过多,减少副产物,并且能够提高反应效率。
具体地,上述步骤S30中,将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源反应,然后降至室温,采用正庚烷、乙醇等溶剂,沉淀、纯化量子点,得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。本发明实施例将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度后,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源反应,在成壳反应温度下,阳离子E和阴离子F有较高的成壳活性,能够对AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核进行包覆在晶核外表面形成EF壳层,得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。通过一锅法能够同时制备出两种量子点,避免了多次合成纳米材料增加的材料工艺成本,以及溶胶凝胶或化学浴等过程中对量子点已有功能层产生破坏作用,简化了制备。其中一种量子点与主量子点的壳层结构相同,通过壳层量子点对主量子点的原位掺杂,增加了量子点的光热稳定性,提高了量子点的光电转化效率。
在一些实施例中,所述阳离子E源选自:镉源、锌源、铟源、镓源、铅源中的至少一种,也可以是包含隔离子、锌离子、铟离子、镓离子、铅离子中的至少一种金属离子的化合物。在一些实施例中,所述阴离子F源选自:硒源、硫源、碲源、砷源、磷源中的至少一种,也可以是包含硒离子、硫离子、碲离子、砷离子、磷离子中的至少一种离子的化合物。本发明实施例壳层量子点的类型可根据实际情况具体选自,可以是二元、三元或多元的壳层,灵活性高,可满足不同的应用需求。
在一些实施例中,所述阳离子E源与所述阴离子F源的质量之比为(1~1.5):1。本发明实施例将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度后,按质量之比为(1~1.5):1添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源反应,在AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核外表面均匀的包覆EF壳层,形成AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点。
在一些实施例中,所述AB/DC/EF量子点的粒径为5~20纳米。在一些实施例中,所述DC/EF量子点的粒径为2~5纳米。本发明实施例通过一锅法同时制备的AB/DC/EF量子点的粒径为5~20纳米,DC/EF量子点的粒径为2~5纳米,均具有较好的量子点特性和优异的光电性能。
另外,本发明实施例提供的量子点的制备方法,还适用于制备两层以上的多壳层包覆的量子点,具体地,在上述步骤S30之后往反应体系中继续添加阴阳离子进行反应时,可以分别在AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点的外表面进一步形成壳层结构,从而得到多壳层结构的两种量子点。可根据实际应用需求制备特定结构的量子点材料,应用灵活,适用性广。
如附图2所示,在一些具体实施例中,量子点的制备方法包括步骤:
S11.在第一反应温度的保护气体氛围下,将第一硒源和/或第一硫源与第一镉源和/或第一锌源溶解在溶剂中,反应得到含有第一量子点晶核的第一反应体系;
S21.将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度后,添加第二硒源和/或第二硫源,反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有第二量子点晶核与第三量子点晶核;
S31.将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加第二锌源和/或第二镉源以及第三硫源和/或第三硒源进行成核,反应得到核壳结构量子点和壳层量子点。
本发明实施例提供的量子点的制备方法,在第一反应温度的保护气体氛围下,将第一硒源和/或第一硫源与第一镉源和/或第一锌源溶解在溶剂中,通过调控第一反应温度,能够在第一反应体系中制得CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS等不同结构的第一量子点晶核。然后,将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度,添加第二硒源和/或第二硫源至第一反应体系,在第二反应温度条件下,新加入的硒源、硫源等阴离子源具有较高的反应活性,能够迅速与第一反应体系中未反应的阳离子反应,在第一量子点晶核表面形成包覆壳层的同时,来不及包覆的阴离子则会单独与阳离子成核,形成CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS等结构的第二量子点晶核,在第二反应体系中处理含有第二量子点晶核外,还包含有第三量子点晶核,该量子点晶核包括所述第一量子点晶核和包覆在所述第一量子点晶核外表面的所述第二量子点晶核,且所述第一量子点晶核不同于所述第二量子点晶核。最后将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加第二锌源和/或第二镉源以及第三硫源和/或第三硒源进行成核反应,再成壳温度下,新添加的阳离子源和阴离子源能够迅速结合形成CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种壳层,且所述第一量子点晶核不同于所述第二量子点晶核,并包覆在第二量子点晶核与第三量子点晶核外表面,得到核壳结构量子点和壳层量子点,其中,核壳结构量子点包括:所述第三量子点晶核和包覆在所述第三量子点晶核外表面的CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种壳层;所述壳层量子点包括:所述第二量子点晶核和包覆在所述第二量子点晶核外的CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种壳层;且所述核壳结构量子点的最外层与所述壳层量子点的最外层相同。
具体地,上述步骤S11中,在第一反应温度的保护气体氛围下,将第一硒源和/或第一硫源与第一镉源和/或第一锌源溶解在溶剂中,反应得到含有第一量子点晶核的第一反应体系。在一些具体实施例中,在温度为240℃~260℃的保护气体氛围下,将第一硒源和/或第一硫源添加到第一镉源和/或第一锌源的溶液中反应,得到含有第一量子点晶核的第一反应体系。本发明实施例在温度为240~260℃的条件下,镉、锌阳离子与硒、硫阴离子有较好的结合活性,在第一反应体系中结合生成第一量子点晶核。
在一些实施例中,所述第一硒源和所述第一硫源的总质量与所述第一镉源和所述第一锌源的总质量之比为1:(3~5)。本发明实施例改配比的镉、锌等阳离子与硒、硫等阴离子在第一反应温度下有较好的结合效果,能够结合形成CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS等结构的第一量子点晶核,而过量的阳离子能够与后续添加的阴离子进一步进行结合,形成壳层或者第二量子点晶核。
具体地,上述步骤S21中,在将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度后,添加第二硒源和/或第二硫源反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有第二量子点晶核与第三量子点晶核。在一些具体实施例中,在将所述第一反应体系的温度调节至280℃~330℃,添加第二硒源和/或第二硫源反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有第二量子点晶核与第三量子点晶核。本发明实施例将反应体系的温度调节至280℃~330℃,在该温度条件下使添加的第二硒源和/或第二硫源有较高的反应活性,能够顺序与反应体系中的阳离子反应,在第一量子点晶核外表面进行包覆的同时,来不及包覆的阴离子则会单独与阳离子成核,形成CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS等结构的第二量子点晶核。
在一些实施例中,所述第一硒源、所述第一硫源、所述第二硒源和所述第二硫源的总质量与所述第一镉源和所述第一锌源的总质量之比为1:(1~2)。本发明实施例硒源、硫源等阴离子源与镉源和锌源等阳离子的质量之比为1:(1~2),该配比有效确保了步骤S21中添加的第二硒源和/或第二硫源与阳离子有足够的结合反应物质基础,使在第二温度条件下具有高活性的第二硒源和/或第二硫源等阴离子源能够迅速与阳离子反应,形成CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS等结构的第二量子点晶核,,且所述第一量子点晶核不同于所述第二量子点晶核,同时形成由第一量子点晶核作为核,以第二量子点晶核作为壳的第三量子点晶核。
具体地,上述步骤S31中,将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加第二锌源和/或第二镉源以及第三硫源和/或第三硒源进行成核反应,得到核壳结构量子点和壳层量子点。在一些具体实施例中,将所述第二反应体系的温度调节至温度为220℃~280℃,在该温度下添加第二锌源和/或第二镉源阳离子与第三硫源和/或第三硒源阴离子进行成核反应,该温度下新添加的阴阳离子结合活性高,能够在第二量子点晶核与第三量子点晶核表面进行包覆形成壳层,从而得到核壳结构量子点和壳层量子点,其中壳层量子点的结构与核壳结构量子点的壳层相同。
在一些实施例中,所述第二锌源和所述第二镉源的总质量与所述第三硫源和所述第三硒源的总质量之比为(1.5~1):1,新添加的该质量配比的镉、锌等阳离子源和硒、硫等阴离子源,在成壳反应温度下有较好的结合效果,能够结合形成CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种壳层包覆在第二量子点晶核外表面形成壳层量子点,或者包覆在第三量子点外表面形成核壳结构量子点。
在一些实施例中,所述第一镉源和所述第二镉源分别独立地选自:镉粉、氧化镉、氯化镉、草酸镉、醋酸镉、碳酸镉、硬脂酸镉、乙酰丙酮镉、二乙基镉、十四酸镉、油酸锌镉中的至少一种。本发明实施例采用的这些镉源物质在磷酸三辛酯、三正丁基膦、三正辛基膦、十八烯、油酸、油胺、二十四烷等溶液中均有较好的溶解性,在反应温度条件下均能够与阴离子结合形成半导体化合物。
在一些实施例中,所述第一锌源和所述第二锌源分别独立地选自:锌粉、氧化锌、氯化锌、草酸锌、醋酸锌、碳酸锌、硬脂酸锌、乙酰丙酮锌、二乙基锌、十一烯酸锌、十四酸锌、油酸锌中的至少一种。本发明实施例采用的这些锌源物质在磷酸三辛酯、三正丁基膦、三正辛基膦、十八烯、油酸、油胺、二十四烷等溶液中均有较好的溶解性,在反应温度条件下均能够与阴离子结合形成半导体化合物。
在一些实施例中,所述第一硒源、所述第二硒源和所述第三硒源分别独立地选自:无机硒、硒的有机磷配合物、硒的脂肪胺化合物、有机硒化合物、有机硒醇化合物中的至少一种。本发明实施例采用的这些硒源物质在磷酸三辛酯、三正丁基膦、三正辛基膦、十八烯、油酸、油胺、二十四烷等溶液中均有较好的溶解性,在反应温度条件下均能够与阳离子结合形成半导体化合物。
在一些实施例中,所述第一硫源、所述第二硫源和所述第三硫源分别独立地选自:无机硫、硫的有机磷配合物、硫的脂肪胺化合物、有机硫化合物、有机硫醇化合物中的至少一种。本发明实施例采用的这些硫源物质在磷酸三辛酯、三正丁基膦、三正辛基膦、十八烯、油酸、油胺、二十四烷等溶液中均有较好的溶解性,在反应温度条件下均能够与阳离子结合形成半导体化合物。
本发明上述各实施例中的阴离子源和阳离子源可以预先溶解在溶液中再添加到反应体系中,使各离子源更快速的均匀分散在反应体系中,能够加快阴阳离子源在反应体系中的接触速率,进一步提高反应效率。
相应地,本发明实施例还提供了一种量子点复合材料,所述量子点复合材料包括第一量子点和第二量子点,所述第一量子点由内至外至少包括量子点晶核、第一壳层和第二壳层,所述第二量子点的晶核成分与所述第一量子点的第一壳层相同,所述第二量子点的壳层结构和成分与所述第一量子点中除第一壳层外的剩余壳层相同。
本发明实施例提供的量子点复合材料,包括第一量子点和第二量子点,所述第二量子点的晶核成分与所述第一量子点的第一壳层相同,所述第二量子点的壳层结构和成分与所述第一量子点中除第一壳层外的剩余壳层相同,第二量子点能够实现对第一量子点进行原位掺杂,能够提高了量子点材料的光热稳定性,有利于量子点间载流子的传输,阻挡电子、空穴等载流子的流失,减少漏电流,将电子、空穴有效束缚在量子点发光层中,从而提高了量子点膜层中载流子的复合效率。
在一些具体实施例中,当所述第一量子点为双壳层结构时,由内至外包括量子点晶核、第一壳层和第二壳层;此时,第二量子点为单壳层核壳结构,其晶核成分与所述第一量子点的第一壳层相同,其壳层与第一量子点的第二壳层成分相同。在另一些具体实施例中,当第一量子点包含有三个壳层结构时,由内至外包括量子点晶核、第一壳层、第二壳层和第三壳层;此时所述第二量子点包含有双壳层,其晶核的成分与所述第一量子点的第一壳层相同,其第一壳层的成分与第一量子点的第二壳层成分相同,其第二壳层的成分与第一量子点的第三壳层成分相同。
相应地,本发明实施例还提供了一种量子点发光二极管,所述量子点发光二极管包含上述量子点复合材料。
本发明实施例提供的量子点发光二极管中包含有第一量子点和第二量子点的复合材料,所述第一量子点由内至外至少包括量子点晶核、第一壳层和第二壳层,所述第二量子点的结构与所述第一量子点的壳层结构相同,能够实现对第一量子点进行原位掺杂,不但提高了量子点材料的光热稳定性,提高了器件中量子点膜层的稳定性,而且提高了量子点膜层中载流子的复合效率,从而提高了量子点的光电转换效率和可靠性。
本发明实施例量子点发光二极管中量子点可以通过上述任意实施例的质量方法制得,通过一锅法同时制备出含有核壳结构的第一量子点和由第一量子点壳层结构组成的第二量子点的两种结构的量子点。在一些实施例中,核壳结构量子点和壳层量子点分别是CdZnSe/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS、CdZnS/ZnS和CdS/ZnS、CdSe/CdS/ZnS和CdS/ZnS、CdSeS/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS等。
在一些实施例中,在量子点发光二极管中,以所述量子点复合材料的总质量为100%计,所述第二量子点的质量百分含量为1%-5%。本发明实施例量子点发光二极管中与第一量子点的壳层结构相同的第二量子点的质量百分含量为1%-5%,通过引入该比例的壳层量子点,可以在不影响器件载流子注入情况下,使载流子传输层的禁带宽度更大,增大量子点之间的电荷传输性,更有利电子和空穴注入到发光层中,并能有效阻挡电子、空穴等载流子的流失,减少漏电流,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。该掺杂量的第二量子点使量子点功能层有最佳的稳定性,可以有效改善量子点在应用中出现的稳定性和载流子不平衡的问题,提高了量子点发光二极管的光电转换效率和可靠性。
在一些实施例中,本发明实施例所述量子点发光二极管分正型结构和反型结构。
在一种实施方式中,正型结构量子点发光二极管包括相对设置的阳极和阴极的层叠结构,设置在所述阳极和所述阴极之间的量子点发光层,且所述阳极设置在衬底上。进一步的,所述阳极和所述量子点发光层之间还可以设置空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层等空穴功能层;在所述阴极和所述量子点发光层之间还可以设置电子传输层、电子注入层和空穴阻挡层等电子功能层。在一些正型结构器件的实施例中,所述量子点发光二极管包括衬底,设置在所述衬底表面的阳极,设置在阳极表面的空穴传输层,设置在所述空穴传输层表面的量子点发光层,设置在量子点发光层表面的电子传输层和设置在电子传输层表面的阴极。
在一种实施方式中,反型结构量子点发光二极管包括相对设置的阳极和阴极的叠层结构,设置在所述阳极和所述阴极之间的量子点发光层,且所述阴极设置在衬底上。进一步的,所述阳极和所述量子点发光层之间还可以设置空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层等空穴功能层;在所述阴极和所述量子点发光层之间还可以设置电子传输层、电子注入层和空穴阻挡层等电子功能层。在一些反型结构器件的实施例中,所述量子点发光二极管包括衬底,设置在所述衬底表面的阴极,设置在阴极表面的所述电子传输层,设置在所述电子传输层表面的量子点发光层,设置在所述量子点发光层表面的空穴传输层,设置在空穴传输层表面的阳极。
进一步实施例中,衬底层包括钢性、柔性衬底等;
阳极包括ITO、FTO或ZTO等;
空穴注入层包括:PEODT:PSS、WoO3、MoO3、NiO、V2O5、HATCN、HATCN、CuS等;
空穴传输层可以是小分子有机物,也可以是高分子导电聚合物,包括:TFB、PVK、TCTA、TAPC、Poly-TBP、Poly-TPD、NPB、CBP、PEODT:PSS、MoO3、WoO3、NiO、CuO、V2O5、CuS等;
量子点发光层包括上述任一实施例方法制备量子点复合材料;
电子传输层包括:ZnO、ZnMgO、ZnMgLiO、ZnInO、ZrO、TiO2、Alq3、TAZ、TPBI、PBD、BCP、Bphen的一种或多种;
阴极包括:Al、Ag、Au、Cu、Mo、或它们的合金。
为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解,以及本发明实施例量子点的制备方法,及量子点发光二极管的进步性能显著的体现,以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
制备前驱体溶液:
称量5mmol硒单质和5ml磷酸三辛酯(TOP)混合得到1M的Se/TOP,作为阴离子硒源前躯体备用;
称量5mmol硫单质和5ml磷酸三辛酯混合得到1M的S/TOP,作为阴离子硫源前躯体备用;
称量10mmolCdO、10ml油酸和40ml十八烯混合加入到100ml三颈瓶,升温240℃,得到0.2mmol/ml的Cd(OA)2澄清溶液,作为镉阳离子源前躯体备用;
称量10mmolZnO、10ml油酸和40ml十八烯混合加入到100ml三颈瓶,升温240℃,得到0.2mmol/ml的Zn(OA)2澄清溶液,作为锌阳离子源前躯体备用;
实施例1
一种量子点的制备方法,包括步骤:
①取1ml Cd(OA)2、10ml Zn(OA)2置于三颈瓶,真空环境下二十分钟,去除反应容器中的湿气和空气,转在氮气气氛下升温260℃,快速注入1ml Se/TOP,反应15min,得到第一量子点晶核CdZnSe;
②将反应体系温度升至300℃,快速注入0.5ml Se/TOP,反应15min,得到第二量子点晶核ZnSe和第三量子点晶核CdZnSe/ZnSe;
③降温至240℃,通过注射泵分别连续滴加Zn(OA)2和S/TOP,在量子点晶核外层生长ZnS壳层,降至室温,以正庚烷为溶剂、乙醇为非溶剂,沉淀、纯化量子点三次,得到CdZnSe/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS共混体系,如附图2所示。
一种量子点发光二极管,包括:衬底,设置在所述衬底表面的阳极,设置在阳极表面的空穴传输层,设置在空穴传输层表面的量子点发光层,设置在量子点发光层表面的电子传输层和设置在电子传输层表面的阴极。其中,阳极采用ITO,空穴传输层采用TFB,量子点发光层采用上述CdZnSe/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS共混体系,电子传输层采用ZnO,阴极采用Al。
实施例2
一种量子点的制备方法,包括步骤:
①取5ml Cd(OA)2、5ml Zn(OA)2置于三颈瓶,真空环境下二十分钟,去除反应容器中的湿气和空气,转在氮气气氛下升温270℃,快速注入0.8ml Se/TOP,反应10min,得到第一量子点晶核CdSe;
②将反应体系温度升至300℃,快速注入0.2ml S/TOP,反应15min,得到第二量子点晶核CdS和第二量子点晶核CdSe/CdS;
③降温至240℃,通过注射泵分别连续滴加Zn(OA)2和S/TOP,在量子点晶核外层生长ZnS壳层,降至室温,以正庚烷为溶剂、乙醇为非溶剂,沉淀、纯化量子点三次,得到CdSe/CdS/ZnS和CdS/ZnS共混体系。
一种量子点发光二极管,包括:衬底,设置在所述衬底表面的阳极,设置在阳极表面的空穴传输层,设置在空穴传输层表面的量子点发光层,设置在量子点发光层表面的电子传输层和设置在电子传输层表面的阴极。其中,阳极采用ITO,空穴传输层采用TFB,量子点发光层采用上述CdSe/CdS/ZnS和CdS/ZnS共混体系,电子传输层采用ZnO,阴极采用Al。
实施例3
一种量子点的制备方法,包括步骤:
①取1ml Cd(OA)2、20ml Zn(OA)2置于三颈瓶,真空环境下二十分钟,去除反应容器中的湿气和空气,转在氮气气氛下升温270℃,快速注入1ml Se/TOP和1ml S/TOP混合溶液,反应25min,得到第一量子点晶核CdZnSeS;
②将反应体系温度升至320℃,快速注入2ml Se/TOP,反应15min,得到第二量子点晶核ZnSe和第二量子点晶核CdZnSeS/ZnSe;
③降温至250℃,通过注射泵分别连续滴加Zn(OA)2和S/TOP,在量子点晶核外层生长ZnS壳层,降至室温,以正庚烷为溶剂、乙醇为非溶剂,沉淀、纯化量子点三次,得到CdZnSeS/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS共混体系。
一种量子点发光二极管,包括:衬底,设置在所述衬底表面的阳极,设置在阳极表面的空穴传输层,设置在空穴传输层表面的量子点发光层,设置在量子点发光层表面的电子传输层和设置在电子传输层表面的阴极。其中,阳极采用ITO,空穴传输层采用TFB,量子点发光层采用上述CdZnSeS/ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnS共混体系,电子传输层采用ZnO,阴极采用Al。
进一步的,为了验证本发明实施例制备的量子点以及量子点发光二极管的进步性,本发明实施例进行了性能测试。
测试例1
本测试例对实施例1~3制备的量子点的体系中的量子点的粒径和半峰宽度进行了测试,测试结果如下表1所示:
实施例1量子点材料的发射光谱图如附图4所示,实施例2量子点材料的发射光谱图如附图5所示,其中,横坐标为波长,纵坐标为荧光强度,FWHM为半峰宽度:
表1
由上述测试结果可知,本发明实施例1~3制备的量子点体系,一方面,壳层量子点的半峰宽窄表示粒径均一性较好,核壳量子点与壳层量子点的粒径相差较大,壳层量子点可以有效的填充核壳量子点在成膜后的空隙,不会影响核壳量子点的排布性质;峰位置相差足够大,壳层量子点所占比例较低,不会产生杂色光色彩的干扰。另外,本发明实施例通过在核壳量子点反应体系中得到高质量的壳层量子点,使用一锅法减少了多次合成反应的问题,避免纳米颗粒间相容性的问题,同时降低成本工艺成本。
测试例2
本测试例对实施例1~3制备的量子点发光二极管的外量子效率进行了测试,测试结果如下表2所示:
表2
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
外量子效率(%) | 12 | 18 | 15 |
由上述测试结果可知,本发明实施例1~3制备的量子点发光二极管有较高的外量子效率,说明通过与主体量子点壳层成分一致的壳层量子点对主体量子点的原位掺杂,提高了量子点材料的光热稳定性,提高了器件中量子点膜层的稳定性和载流子的复合效率,从而提高了量子点的光电转换效率和可靠性。
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 (11)
1.一种量子点的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在第一反应温度的保护气体氛围下,将阴离子B源与阳离子A源溶解在溶剂中,反应得到含有AB量子点晶核的第一反应体系;
将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度,添加阴离子C源和阳离子D源,反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有AB/DC量子点晶核和DC量子点晶核;
将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加成壳阳离子E源和成壳阴离子F源,反应得到AB/DC/EF量子点和DC/EF量子点;所述DC/EF量子点的结构和成分与所述AB/DC/EF量子点的壳层相同;
所述AB/DC/EF量子点的粒径为5~20纳米;所述DC/EF量子点的粒径为2~5纳米;
所述阳离子A源、所述阳离子D源和所述阳离子E源分别独立地选自:镉源、锌源、铟源、镓源、铅源中的至少一种;
所述阴离子B源、所述阴离子C源和所述阴离子F源分别独立地选自:硒源、硫源、碲源、砷源、磷源中的至少一种。
2.如权利要求1所述的量子点的制备方法,其特征在于,所述阳离子A源与所述阴离子B源的质量比为(1~1.5):1;和/或,
所述阳离子D源的质量与所述阴离子C源的质量之比为(1~1.5):1;和/或,
所述阳离子E源与所述阴离子F源的质量之比为(1~1.5):1;和/或,
所述第二反应体系中所述阴离子C的浓度为1mmol/ml~2mmol/ml,所述阳离子D的浓度为1mmol/ml~2mmol/ml。
3.如权利要求1或2所述的量子点的制备方法,其特征在于,所述保护气体选自:氮气、氩气、氦气中的至少一种;和/或,
所述溶剂选自:磷酸三辛酯、三正丁基膦、三正辛基膦、十八烯、油酸、油胺、二十四烷中至少一种。
4.如权利要求3所述的量子点的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在第一反应温度的保护气体氛围下,将第一硒源和/或第一硫源与第一镉源和/或第一锌源溶解在溶剂中,反应得到含有第一量子点晶核的第一反应体系;
将所述第一反应体系的温度调节至第二反应温度后,添加第二硒源和/或第二硫源,反应形成第二反应体系,所述第二反应体系中同时含有第二量子点晶核与第三量子点晶核;
将所述第二反应体系的温度调节至成壳反应温度,添加第二锌源和/或第二镉源以及第三硫源和/或第三硒源进行成核反应,得到核壳结构量子点和壳层量子点。
5.如权利要求4所述的量子点的制备方法,其特征在于,所述第一反应温度为240℃~260℃;和/或,
所述第二反应温度为280℃~330℃;和/或,
所述成壳反应温度为220℃~280℃。
6.如权利要求5所述的量子点的制备方法,其特征在于,所述第一量子点晶核包括:CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种;和/或,
所述第二量子点晶核包括:CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种,且所述第一量子点晶核不同于所述第二量子点晶核;和/或,
所述第三量子点晶核包括:所述第一量子点晶核和包覆在所述第一量子点晶核外表面的所述第二量子点晶核;和/或,
所述核壳结构量子点包括:所述第三量子点晶核和包覆在所述第三量子点晶核外表面的CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种壳层,且所述壳层不同于第二量子点晶核;和/或,
所述壳层量子点包括:所述第二量子点晶核和包覆在所述第二量子点晶核外的CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdZnSe、CdZnS、CdSeS、CdZnSeS、ZnSeS中的至少一种壳层,所述壳层不同于第二量子点晶核;且所述核壳结构量子点的最外层与所述壳层量子点的最外层相同。
7.如权利要求6所述的量子点的制备方法,其特征在于,所述第一镉源和所述第二镉源分别独立地选自:镉粉、氧化镉、氯化镉、草酸镉、醋酸镉、碳酸镉、硬脂酸镉、乙酰丙酮镉、二乙基镉、十四酸镉、油酸锌镉中的至少一种;和/或,
所述第一锌源和所述第二锌源分别独立地选自:锌粉、氧化锌、氯化锌、草酸锌、醋酸锌、碳酸锌、硬脂酸锌、乙酰丙酮锌、二乙基锌、十一烯酸锌、十四酸锌、油酸锌中的至少一种;和/或,
所述第一硒源、所述第二硒源和所述第三硒源分别独立地选自:无机硒、硒的有机磷配合物、硒的脂肪胺化合物、有机硒化合物、有机硒醇化合物中的至少一种;和/或,
所述第一硫源、所述第二硫源和所述第三硫源分别独立地选自:无机硫、硫的有机磷配合物、硫的脂肪胺化合物、有机硫化合物、有机硫醇化合物中的至少一种。
8.如权利要求4~7任一所述的量子点的制备方法,其特征在于,所述第一硒源和所述第一硫源的总质量与所述第一镉源和所述第一锌源的总质量之比为1:(3~5);和/或,
所述第一硒源、所述第一硫源、所述第二硒源和所述第二硫源的总质量与所述第一镉源和所述第一锌源的总质量之比为1:(1~2);和/或,
所述第二锌源和所述第二镉源的总质量与所述第三硫源和所述第三硒源的总质量之比为(1.5~1):1。
9.一种如权利要求1~8任一项所述方法制备的量子点复合材料,其特征在于,所述量子点复合材料由第一量子点和第二量子点组成,所述第一量子点由内至外至少包括量子点晶核、第一壳层和第二壳层,所述第二量子点的晶核成分与所述第一量子点的第一壳层相同,所述第二量子点的壳层结构和成分与所述第一量子点中除第一壳层外的剩余壳层相同;其中,所述第一量子点的粒径为5~20纳米;所述第二量子点的粒径为2~5纳米。
10.一种量子点发光二极管,其特征在于,所述量子点发光二极管包含如权利要求9所述的量子点复合材料。
11.如权利要求10所述的量子点发光二极管,其特征在于,以所述量子点复合材料的总质量为100%计,所述第二量子点的质量百分含量为1%-5%。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 516006 TCL science and technology building, No. 17, Huifeng Third Road, Zhongkai high tech Zone, Huizhou City, Guangdong Province Applicant after: TCL Technology Group Co.,Ltd. Address before: 516006 Guangdong province Huizhou Zhongkai hi tech Development Zone No. nineteen District Applicant before: TCL Corp. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
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