CN113130776B - 一种量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种量子点发光二极管及其制备方法，所述量子点发光二极管包括：阳极、阴极、设置在所述阳极和阴极之间的量子点发光层，其中，还包括：设置在所述量子点发光层和阴极之间的BiVO4层。本发明中，通过在所述量子点发光层和阴极之间设置一层BiVO4，BiVO4可以有效吸收射向非透明金属电极的光，并产生光生电子，产生的光生电子在外电场作用下，直接注入到量子点发光层，增大了电子的注入浓度，提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。

Description

一种量子点发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及量子点发光器件领域，尤其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(QDs)材料作为发光层的量子点发光二极管(QLED)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。发明人研究发现，在QLED器件中，量子点发光层发出的射向非透明电极(通常阳极为透明电极，阴极为非透明电极)的光往往被大部分浪费掉。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，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
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种量子点发光二极管及其制备方法，旨在解决现有量子点发光二极管的发光效率低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种量子点发光二极管，包括：阳极、阴极、设置在所述阳极和阴极之间的量子点发光层，其中，还包括：设置在所述量子点发光层和阴极之间的BiVO4层。
一种量子点发光二极管的制备方法，其中，包括步骤：
提供阳极；
在所述阳极上形成量子点发光层；
在所述量子点发光层上形成BiVO4层；
在所述BiVO4层上形成阴极，得到量子点发光二极管。
有益效果：本发明中，通过在所述量子点发光层和阴极之间设置一层BiVO4，BiVO4可以有效吸收射向非透明金属电极(阳极为透明电极，阴极为非透明电极)的光，并产生光生电子，产生的光生电子在外电场作用下，直接注入到量子点发光层，增大了电子的注入浓度，提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种量子点发光二极管的结构示意图。
图2为本发明实施例中提供的一种量子点发光二极管的另一结构示意图。
图3为本发明实施例中提供的一种量子点发光二极管的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种量子点发光二极管及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。
本发明实施例提供一种量子点发光二极管，包括：阳极、阴极、设置在所述阳极和阴极之间的量子点发光层，其中，还包括：设置在所述量子点发光层和阴极之间的BiVO4层。
钒酸铋(BiVO4)是一种环境友好且对可见光有一定吸收的氧化物半导体材料，属于直接带隙半导体，具有相对窄的禁带宽度，在可见光光谱中的短波长小于500nm范围内具有很强的吸收。Bi VO4的导带主要由V3d、O2p和Bi6p三种轨道杂化而成，这种电子结构具有两个明显的优势：1、光生载流子容易迁移至半导体的表面；2、增加了价带的宽度，从而增大了光生空穴的移动空间，减少了光生电子-空穴的复合率。
通常在量子点发光二极管中，阳极为透明电极，阴极为非透明电极，这样量子点发光层发出的射向非透明电极的光往往被大部分浪费掉。本实施例中，通过在所述量子点发光层和阴极之间设置一层BiVO4，BiVO4可以有效吸收量子点发光层发出的射向非透明金属电极(阴极)的光，并产生光生电子，产生的光生电子在外电场作用下，直接注入到量子点发光层，增大了电子的注入浓度，提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。本实施例充分利用了注入的电荷，减少了量子点发光层发出的射向非透明电极一侧的光在非透明电极上的损耗，同时又提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。
在一种实施方式中，所述量子点发光二极管还包括电子传输层，所述BiVO4层设置在电子传输层和阴极之间。当所述BiVO4层设置在电子传输层和阴极之间时，BiVO4(ECB＝-4.5eV，相对真空能级)导带位置和目前常用的电子传输层的导带能级相接近(例如：ZnO的ECB为-4.2eV，SnO的ECB为-4.5eV)，这样在外电场作用下，BiVO4产生的光生电子很容易从BiVO4导带注入到电子传输层的导带，同样大大增大了电子的注入浓度，提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。
在一种实施方式中，所述量子点发光二极管还包括电子传输层，所述BiVO4层设置在量子点发光层和电子传输层之间。当所述BiVO4层设置在量子点发光层和电子传输层之间时，BiVO4产生的光生电子在外电场作用下，直接注入到量子点发光层，增大了电子的注入浓度，提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。
在一种实施方式中，所述BiVO4层的厚度为3-10nm。在这个范围内，BiVO4可以有效吸收射向非透明金属电极的光，并产生光生电子。厚度太厚，会影响到电子或空穴的注入，影响器件性能。
本实施例中，量子点发光二极管有多种形式，且所述量子点发光二极管分为正式结构和反式结构，本实施例将主要以如图1-2所示的正式结构的量子点发光二极管为例进行介绍。具体地，当BiVO4层设置在电子传输层和阴极之间时，如图1所示，所述量子点发光二极管包括从下往上层叠设置的阳极1(形成于基板上)、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点发光层4、电子传输层5、BiVO4层6和阴极7。当BiVO4层设置在量子点发光层和电子传输层之间时，如图2所示，所述量子点发光二极管包括从下往上层叠设置的阳极1、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点发光层4、BiVO4层6、电子传输层5和阴极7。本实施例充分利用了注入的电荷，减少了射向非透明电极一侧的光在非透明电极上的损耗，同时又提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。
在一种实施方式中，所述基板可以为刚性材质的基板，如玻璃等，也可以为柔性材质的基板，如PET或PI等中的一种。
在一种实施方式中，所述阳极可以选自铟掺杂氧化锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锑掺杂氧化锡(ATO)和铝掺杂氧化锌(AZO)等中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述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和V2O5等中的一种或多种。进一步地在一种实施方式中，选择PEDOT:PSS作为空穴注入层的材料。在一种实施方式中，所述空穴注入层的厚度为10-100nm。
在一种实施方式中，所述空穴传输层的材料为具有良好空穴传输能力的有机材料，例如可以包括但不限于聚(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)、石墨烯和C60中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述空穴传输层还可以为具有空穴传输能力的无机材料，例如可以包括但不限于NiOx、MoOx、WOx、CrOx、CuO、MoSx、MoSex、WSx、WSex和CuS中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述空穴传输层的厚度为1-100nm。
在一种实施方式中，所述量子点发光层的量子点可以选自常见的红、绿、蓝三种中的一种量子点，也可以为黄光量子点。具体的，所述量子点为二元相量子点、三元相量子点或四元相量子点等，但不限于此。其中，所述二元相量子点包括但不限于CdS、CdSe、CdTe、InP、AgS、PbS、PbSe、HgS中的至少一种；所述三元相量子点包括但不限于ZnXCd1-XS、CuXIn1- XS、ZnXCd1-XSe、ZnXSe1-XS、ZnXCd1-XTe、PbSeXS1-X中的至少一种；所述四元相量子点包括但不限于ZnXCd1-XS/ZnSe、CuXIn1-XS/ZnS、ZnXCd1-XSe/ZnS、CuInSeS、ZnXCd1-XTe/ZnS、PbSeXS1-X/ZnS中的至少一种，其中0<X<1。在一种实施方式中，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。
在一种实施方式中，所述电子传输层的材料可以选自具有良好电子传输性能的N型半导体氧化物，例如可以为但不限于N型的ZnO、TiO2、Fe2O3、SnO2、Ta2O3、AlZnO、ZnSnO、InSnO以及这些氧化物的N型掺杂等中的一种或多种。进一步地在一种实施方式中，所述电子传输层的材料为N型的ZnO。在一种实施方式中，所述电子传输层的厚度为10-60nm。
在一种实施方式中，所述阴极可选自铝(Al)电极、银(Ag)电极和金(Au)电极等中的一种，还可选自纳米铝线、纳米银线和纳米金线等中的一种。在一种实施方式中，所述阴极的厚度为60-120nm。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种量子点发光二极管的制备方法的流程示意图，如图3所示，包括步骤：
S10、提供阳极；
S20、在所述阳极上形成量子点发光层；
S30、在所述量子点发光层上形成BiVO4层；
S40、在所述BiVO4层上形成阴极，得到量子点发光二极管。
在一种实施方式中，步骤S30具体包括：在所述量子点发光层上形成电子传输层，在所述电子传输层上形成BiVO4层。
在一种实施方式中，步骤S40中，在所述BiVO4层上形成阴极具体包括：在所述BiVO4层上形成电子传输层，在所述电子传输层上形成阴极。
在一种实施方式中，为了得到高质量的空穴注入层，阳极需要经过预处理过程。其中所述预处理过程具体包括：将阳极清洗干净，然后将干净的阳极用紫外-臭氧或氧气等离子体处理，以进一步除去阳极表面附着的有机物并提高阳极的功函数。
在一种实施方式中，对得到的量子点发光二极管进行封装处理。其中所述封装处理可采用常用的机器封装，也可以采用手动封装。优选的，所述封装处理的环境中，氧含量和水含量均低于0.1ppm，以保证器件的稳定性。
本实施例中，各层制备方法可以是化学法或物理法，其中化学法包括但不限于化学气相沉积法、连续离子层吸附与反应法、阳极氧化法、电解沉积法、共沉淀法中的一种或多种；物理法包括但不限于溶液法(如旋涂法、印刷法、刮涂法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法或条状涂布法等)、蒸镀法(如热蒸镀法、电子束蒸镀法、磁控溅射法或多弧离子镀膜法等)、沉积法(如物理气相沉积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法等)中的一种或多种。
下面通过具体的实施例对本发明量子点发光二极管的制备方法进行详细说明。
实施例1
量子点发光二极管的制备步骤如下：
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基板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基板表面5分钟以进一步除去ITO基板表面附着的有机物并提高ITO基板的功函数；
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，旋涂一层空穴传输层材料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旋涂在空穴传输层表面，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；
随后，再旋涂一层ZnO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；
接着再将浓度为5mg/mL的BiVO4溶液旋涂在ZnO层上，溶剂为丙酮，随后将片子放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂；
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，量子点发光二极管制备完成。
测试结果表明含BiVO4层的器件与不含BiVO4层的器件相比，EQE提高约20％，由5.6％提高到6.7％。
实施例2
量子点发光二极管的制备步骤如下：
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基板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基板表面5分钟以进一步除去ITO基板表面附着的有机物并提高ITO基板的功函数；
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，旋涂一层空穴传输层材料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旋涂在空穴传输层表面，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，再将浓度为5mg/mL的BiVO4溶液旋涂在量子点发光层上，溶剂为丙酮，随后将片子放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂；
接着再旋涂一层ZnO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100nm的银作为阴极，量子点发光二极管制备完成。
测试结果表明含BiVO4层的器件与不含BiVO4层的器件相比，EQE提高约28％，由5.6％提高到7.2％。
综上所述，本发明提供一种量子点发光二极管及其制备方法。本发明中，通过在所述量子点发光层和阴极之间设置一层BiVO4，BiVO4可以有效吸收射向非透明金属电极的光，并产生光生电子，产生的光生电子在外电场作用下，直接注入到量子点发光层，增大了电子的注入浓度，提高了量子点发光层中电子和空穴的复合机率，从而有效提高器件发光效率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种量子点发光二极管，包括：阳极、阴极、设置在所述阳极和阴极之间的量子点发光层，其特征在于，还包括：设置在所述量子点发光层和阴极之间的BiVO4层；所述阴极为非透明电极。
2.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，还包括电子传输层，所述BiVO4层设置在电子传输层和阴极之间。
3.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，还包括电子传输层，所述BiVO4层设置在量子点发光层和电子传输层之间。
4.根据权利要求2所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述电子传输层的材料包括ZnO、TiO2、Fe2O3、SnO2、Ta2O3、AlZnO、ZnSnO和InSnO中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述BiVO4层的厚度为3-10nm。
6.一种量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供阳极；
在所述阳极上形成量子点发光层；
在所述量子点发光层上形成BiVO4层；
在所述BiVO4层上形成阴极，得到量子点发光二极管；所述阴极为非透明电极。
7.根据权利要求6所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述量子点发光层上形成BiVO4层的步骤包括：在所述量子点发光层上形成电子传输层，在所述电子传输层上形成BiVO4层。
8.根据权利要求6所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述BiVO4层上形成阴极的步骤包括：在所述BiVO4层上形成电子传输层，在所述电子传输层上形成阴极。
9.根据权利要求7所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，所述电子传输层的材料包括ZnO、TiO2、Fe2O3、SnO2、Ta2O3、AlZnO、ZnSnO和InSnO中的一种或多种。
10.根据权利要求6所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，所述BiVO4层的厚度为3-10nm。
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CB02 Change of applicant information
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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.

GR01 Patent grant
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