CN115528183A - 一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏 - Google Patents

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CN115528183A CN202110703210.7A CN202110703210A CN115528183A CN 115528183 A CN115528183 A CN 115528183A CN 202110703210 A CN202110703210 A CN 202110703210A CN 115528183 A CN115528183 A CN 115528183A
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Abstract

本申请公开了一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏。量子点发光二极管包括依次排列的电极层、电子传输层和量子点层，量子点发光二极管还包括：第一功能层，设于电极层和电子传输层之间；和/或，第二功能层，设于电子传输层和量子点层之间；第一功能层和/或第二功能层至少由通式为Mn+1XnTx的MXene材料形成，在量子点层、电子传输层和电极层之间插入第一功能层和/或第二功能层，加快了量子点发光二极管中电子的注入，提高量子点发光二极管的外量子效率。

Description

一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏。
背景技术
量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，QLED)具有窄的半高峰宽(full width at half maxima，FWHM)、颜色可调和可溶液法制备等优异的特点使其成为了下一代显示科技的候选。因此不同的研究者从不同的角度来来研究QLED，其中包括量子点层、空穴传输层、电子传输层和电极的研究；还有对器件的结构、性能和稳定性的研究，使得器件的性能在逐渐的提高。
目前全溶液法制备的QLED的电子传输层主要采用ZnO纳米材料作为电子传输层，ZnO具有高的载流子迁移率，以及较深的价带位置。研究发现，由于器件中量子点层中激子复合的速率远大于电致发光中激子产生的速率，可以明确量子点激发态寿命仅为纳秒级别，远小于电致发光中载流子注入所需的时间，器件工作中电子和空穴的供应远未达到高质量QLED的要求。因此为了进一步提高器件的性能，需适当增强载流子的注入能力。综合这方面原因，有必要在量子点层、电子传输层以及电极之间进行一些界面处理。
发明内容
本申请提供一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏，可以加快量子点发光二极管中电子的注入，提高量子点发光二极管的外量子效率。
本申请提供一种量子点发光二极管，量子点发光二极管包括依次排列的电极层、电子传输层和量子点层，量子点发光二极管还包括：第一功能层，设于电极层和电子传输层之间；和/或，第二功能层，设于电子传输层和量子点层之间；第一功能层和/或第二功能层至少由通式为Mn+1XnTx的MXene材料形成，其中，M为过渡金属元素，X为C或N的至少一种，T为末端功能基团，T以共价键形式连接到M上，n为1～4之间的整数，x为1或2；MXene材料是一种具有高导电性和光学透明性的二维过渡金属碳化物和氮化物材料。
可选的，在本申请的一些实施例中，第一功能层的一表面与电极层接触，并且其另一表面与电子传输层接触；第二功能层的一表面与电子传输层接触，并且其另一表面与量子点层接触。
可选的，在本申请的一些实施例中，过渡金属元素为Ti、Sc、Y、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W的至少一种；和/或，末端功能基团为-OH、＝O、-F的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，MXene材料为Ti2CT、Ti2CT2、Ti3C2T、Ti3C2T2、Ti3CNT、Ti3CNT2、V2CT、V2CT2、TiNbCT或TiNbCT2中的至少一种。
优选的，在本申请的一些实施例中，MXene材料为Ti2CT、Ti2CT2、Ti3C2T、Ti3C2T2、Ti3CNT、Ti3CNT2、V2CT、V2CT2，所制得薄膜电导率在1000S cm-1以上，极大地加快了电子的注入，保障了电子传输端的供给。
由于第一功能层的MXene材料具有类金属导电性，电子迁移率较大，可以加快量子点发光二极管中电子的注入；通过调节末端功能基团T，可以改变MXene材料的带隙来改变其导电性，并且，通过调整M金属种类和组成，也可调整MXene材料的导电性；同时由于单层MXene材料对可见光透过率达到97％，能有效提高量子点发光二极管的外量子点效率，有效提高量子点发光二极管的器件性能。
第二功能层，由于MXene材料的功函数在2.14eV～5.65eV范围内的可调性，可降低量子点层激子的分离情况。另一方面，利用MXene材料类金属性质，电子迁移率较大的特点，可以加快量子点发光二极管中电子的注入。
可选的，在本申请的一些实施例中，电子传输层的材料为ZnO纳米材料。ZnO具有高的载流子迁移率，以及较深的价带位置。
可选的，在本申请的一些实施例中，电子传输层厚度可以为30～60nm，也可以为40～50nm，还可以为45nm。
可选的，在本申请的一些实施例中，电极层可采用本领域常用的阴极材料，包括但不限于金属银或金属铝。
可选的，在本申请的一些实施例中，电极层厚度可以为10～100nm，优电极层厚度也可以为30～80nm，电极层厚度还可以为50～60nm。
可选的，在本申请的一些实施例中，量子点层厚度可以为10～100nm，量子点层厚度也可以为30～80nm，量子点层厚度还可以为50～60nm。
可选的，在本申请的一些实施例中，量子点发光二极管还包括从上至下依次排列的空穴传输层、空穴注入层和阳极层(例如，氧化铟锡层)。其中，空穴注入层形成于氧化铟锡层的上表面，空穴传输层形成于空穴注入层的上表面。
相应的，本申请还提供一种显示屏，显示屏包括如上的量子点发光二极管。
此外，本申请还提供一种量子点发光二极管的制备方法，包括：提供第一功能层，第一功能层被配置为位于电极层和电子传输层之间；和/或，提供第二功能层，第二功能层被配置为位于量子点层和电子传输层之间；第一功能层的一表面与电极层接触，并且其另一表面与电子传输层接触；第二功能层一表面与电子传输层接触，并且其另一表面与量子点层接触。所述第一功能层和/或所述第二功能层至少由通式为Mn+1XnTx的MXene材料形成，其中，M为过渡金属元素，X为C或N的至少一种，T为末端功能基团，T以共价键形式连接于M，n为1～4之间的整数，x为1或2。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法还包括：依次形成阳极层、空穴注入层、空穴传输层、所述量子点层、所述电子传输层和所述电极层。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法包括以下步骤：
1)在正置底发射旋涂器件中，在阳极层上旋涂空穴注入层；
2)在空穴注入层上旋涂空穴传输层；
3)在空穴传输层上旋涂量子点层；
4)在量子点层上旋涂电子传输层；
5)在电子传输层上旋涂第一功能层；
6)蒸镀电极，封装完成。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法包括以下步骤：
1)在正置底发射旋涂器件中，在阳极层上旋涂空穴注入层；
2)在空穴注入层上旋涂空穴传输层；
3)在空穴传输层上旋涂量子点层；
4)在量子点层上旋涂第二功能层；
5)在第二功能层上旋涂电子传输层；
6)蒸镀电极，封装完成。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法包括以下步骤：
1)在正置底发射旋涂器件中，在阳极层上旋涂空穴注入层；
2)在空穴注入层上旋涂空穴传输层；
3)在空穴传输层上旋涂量子点层；
4)在量子点层上旋涂第二功能层；
5)在第二功能层上旋涂电子传输层；
6)在电子传输层上旋涂第一功能层；
7)蒸镀电极，封装完成。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法包括以下步骤：
1)在倒置底发射旋涂器件中，在基板上蒸镀电极；
2)在电极层上旋涂第一功能层；
3)在第一功能层上旋涂电子传输层；
4)在电子传输层上旋涂量子点层；
5)在量子点层上旋涂空穴传输层；
6)在空穴传输层上旋涂空穴注入层；
7)在空穴注入层上形成阳极层。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法包括以下步骤：
1)在倒置底发射旋涂器件中，在基板上蒸镀电极；
2)在电极层上旋涂电子传输层；
3)在电子传输层上旋涂第二功能层；
4)在第二功能层上旋涂量子点层；
5)在量子点层上旋涂空穴传输层；
6)在空穴传输层上旋涂空穴注入层；
7)在空穴注入层上形成阳极层。
可选的，在本申请的一些实施例中，方法包括以下步骤：
1)在倒置底发射旋涂器件中，在基板上蒸镀电极；
2)在电极层上旋涂第一功能层；
3)在第一功能层上旋涂电子传输层；
4)在电子传输层上旋涂第二功能层；
5)在第二功能层上旋涂量子点层；
6)在量子点层上旋涂空穴传输层；
7)在空穴传输层上旋涂空穴注入层；
8)在空穴注入层上形成阳极层。
可选的，在本申请的一些实施例中，在步骤4)中，第一功能层和/或第二功能层至少由MXene材料形成，MXene材料的浓度可以为5～15mg/ml，也可以为7～13mg/ml还可以为10mg/ml。
本申请采用基于MXene材料的量子点发光二极管，在量子点层、电子传输层与电极之间插入第一功能层和/或第二功能层，具有如下有益效果：
(1)有效提升电子的注入能力：由于MXene材料表面有羟基或末端氧，其具有类金属导电性，通过调整M金属种类和组成可改变MXene的导电性。
(2)单层MXene材料对可见光的透过率达到97％，能有效提高量子点发光二极管的外量子点效率，有效地提高量子点发光二极管的器件性能。
(3)避免了电子传输层与底层的量子点层激子分离的影响：目前全溶液法制备的量子点发光二极管的电子传输层主要采用ZnO纳米材料作为电子传输层，ZnO具有高的载流子迁移率，以及较深的价带位置。ZnO与其他金属氧化物一样，由于ZnO较低的导带位置，其与量子点层界面处会出现量子点中激子发生分离，从而产生荧光淬灭现象，造成量子点发光二极管工作效率降低的问题。由于MXene材料的功函数在2.14eV到5.65eV范围内可调，可通过调整MXene材料的金属种类和组成来制备具有功函数较为合适的MXene，将其在量子点与电子传输层之间旋涂成薄膜后可降低量子点层激子的分离情况，从而提升量子点发光二极管的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例2制备得到的量子点发光二极管结构图；
图2是实施例3制备得到的量子点发光二极管结构图；
图3是实施例4制备得到的量子点发光二极管结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
实施例一、
如图1所示，本实施例的制备量子点发光二极管的方法包括如下步骤：
(1)在正置底发射旋涂器件中，在阳极层(氧化铟锡层)1上旋涂空穴注入层2；
(2)在空穴注入层2上旋涂空穴传输层3；
(3)在空穴传输层3上旋涂量子点层4；
(4)在量子点层4上旋涂电子传输层5；
(5)在电子传输层5上旋涂第一功能层6；第一功能层6由MXene材料形成，本实施例MXene材料选用Ti3C2T2，MXene材料浓度为10mg/ml，旋涂转速为5000rpm，时间为30s；
(6)蒸镀金属Ag阴极层7，最后封装完成。
在步骤(5)中，MXene材料可以由以下方法制备：
(1)将4.8g LiF加入到60mL 9mol/L HCl溶液中，得到蚀刻溶液；
(2)称取3g Ti3AlC2 Max相粉末，在35℃下加入上述蚀刻溶液中反应24小时，以3500rpm的速度离心5min，得到酸性产物分散液；
(3)用去离子水彻底洗涤步骤2)中得到的酸性的产物分散液，清洗后PH＞5，最终将片状Ti3C2T2溶解在乙醇中。
最终得到的产物Ti3C2T2具有的末端功能基团(Terminal，T)包括-F和-OH。
本实施例制备的量子点发光二极管，在电极层和电子传输层之间插入一层第一功能层，通过改变MXene中金属种类与组成，能够方便地调节第一功能层的导电性，另外，通过调节末端功能基团T，可以改变MXene材料的带隙来改变其导电性，例如，以-OH、-F作为末端基团的Ti3C2带隙宽度分别为0.05eV和0.1eV，因此具有类金属的特性。同时由于单层MXene对可见光的透过率达到97％，能有效提高量子点发光二极管的外量子点效率，有效地提高量子点发光二极管的器件性能。
本实施例制备的量子点发光二极管结构如图1所示，由下至上依次包括阳极层1、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点层4、电子传输层5、第一功能层6、阴极层7。
实施例二、
如图2所示，本实施例的制备量子点发光二极管的方法包括如下步骤：
(1)在正置底发射旋涂器件中，在阳极层(氧化铟锡层)1上旋涂空穴注入层2；
(2)在空穴注入层2上旋涂空穴传输层3；
(3)在空穴传输层3上旋涂量子点层4；
(4)在量子点层4上旋涂第二功能层8；第二功能层8由MXene材料形成，本实施例MXene材料选用V2CT2。MXene材料浓度为10mg/ml，旋涂转速为5000rpm，时间为30s；
(5)在第二功能层8上旋涂电子传输层5；电子传输层采用ZnO纳米材料。
(6)蒸镀金属Ag阴极层7，最后封装完成。
在步骤(4)中，MXene材料可以由以下方法制备：
(1)将4.8g LiF加入到60mL 9mol/L HCl溶液中，得到蚀刻溶液；
(2)称取3g V2AlC Max相粉末，在35℃下加入上述蚀刻溶液中反应24小时，以3500rpm的速度离心5min，得到酸性产物分散液；
(3)用去离子水彻底洗涤步骤2)中得到的酸性的产物分散液，清洗后PH＞5，最终将片状V2CT2溶解在乙醇中。
最终得到的产物V2CT2具有的末端功能基团(Terminal，T)包括-F和-OH。
采用ZnO纳米材料作为电子传输层，ZnO具有高的载流子迁移率，以及较深的价带位置。ZnO与其他金属氧化物一样，由于ZnO较低的导带位置，其与量子点层界面处会出现量子点中激子发生分离，从而产生荧光淬灭现象，造成量子点发光二极管工作效率降低的问题。
本实施例制备的量子点发光二极管，在电子传输层和量子点层之间插入第二功能层，一方面，由于MXene材料的功函数在2.14eV到5.65eV范围内的可调性，可降低量子点层激子的分离情况；另一方面，利用MXene类金属，电子迁移率较大的特点，以加快量子点发光二极管中电子的注入。
本实施例制备的量子点发光二极管结构如图2所示，由下至上依次包括阳极层1、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点层4、第二功能层8、电子传输层5、阴极层7。
实施例三、
本实施例的制备量子点发光二极管的方法包括如下步骤：
(1)在正置底发射旋涂器件中，在阳极层(氧化铟锡层)1上旋涂空穴注入层2；
(2)在空穴注入层2上旋涂空穴传输层3；
(3)在空穴传输层3上旋涂量子点层4；
(4)在量子点层4上旋涂第二功能层8；第二功能层8由MXene材料形成，本实施例MXene材料选用Ti2CT2(如实施例三方法所制备的Ti2CT2)。MXene材料浓度为10mg/ml，旋涂转速为5000rpm，时间为30s；
(5)在第二功能层8上旋涂电子传输层5；电子传输层5采用ZnO纳米材料；
(6)在电子传输层5上旋涂第一功能层6；第一功能层6由MXene材料形成，本实施例MXene材料选用Ti2CT2(如实施例三方法所制备的Ti2CT2)。MXene材料浓度为10mg/ml，旋涂转速为5000rpm，时间为30s；
(7)蒸镀金属Ag阴极层7，最后封装完成。
在步骤(4)和步骤(6)中，MXene材料可以由以下方法制备：
(1)将4.8g LiF加入到60mL 9mol/L HCl溶液中，得到蚀刻溶液；
(2)称取3g Ti2AlC Max相粉末，在35℃下加入上述蚀刻溶液中反应24小时，以3500rpm的速度离心5min，得到酸性产物分散液；
(3)用去离子水彻底洗涤步骤2)中得到的酸性的产物分散液，清洗后PH＞5，最终将片状Ti2CT2溶解在乙醇中。
最终得到的产物Ti2CT2具有的末端功能基团(Terminal，T)包括-F和-OH。
本实施例采用第一功能层和第二功能层制备出三明治结构，能进一步加强电子的注入，同时还能保证减弱量子点层与电子传输层间激子分离的问题。
本实施例制备的量子点发光二极管结构如图3所示，由下至上依次包括阳极层1、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点层4、第二功能层8、电子传输层5、第一功能层6、阴极层7。
实施例四、
本实施例的制备量子点发光二极管的方法包括如下步骤：
(1)在倒置底发射旋涂器件中，在基板上蒸镀金属Ag电极层；
(2)在电极层上旋涂第一功能层；第一功能层由MXene材料形成，本实施例MXene材料选用Ti3CNT2。MXene材料浓度为10mg/ml，旋涂转速为5000rpm，时间为30s；
(3)在第一功能层上旋涂电子传输层；电子传输层采用ZnO纳米材料；
(4)在电子传输层上旋涂第二功能层；第二功能层由MXene材料形成，本实施例MXene材料选用Ti3CNT2。MXene材料浓度为10mg/ml，旋涂转速为5000rpm，时间为30s；
(5)在第二功能层上旋涂量子点层；
(6)在量子点层上旋涂空穴传输层；
(7)在空穴传输层上旋涂空穴注入层；
(8)在空穴传输层上形成氧化铟锡层。
在步骤(4)和步骤(6)中，MXene材料可以由以下方法制备：
(1)将4.8g LiF加入到60mL 9mol/L HCl溶液中，得到蚀刻溶液；
(2)称取3g Ti3AlCN Max相粉末，在35℃下加入上述蚀刻溶液中反应24小时，以3500rpm的速度离心5min，得到酸性产物分散液；
(3)用去离子水彻底洗涤步骤2)中得到的酸性的产物分散液，清洗后PH＞5，最终将片状Ti3CNT2溶解在乙醇中。
最终得到的产物Ti3CNT2具有的末端功能基团(Terminal，T)包括-F和-OH。
本实施例采用第一功能层和第二功能层制备出三明治结构，能进一步加强电子的注入，同时还能保证减弱量子点层与电子传输层间激子分离的问题。
本实施例制备的量子点发光二极管结构，由下至上依次包括电极层、第一功能层、电子传输层、第二功能层、量子点层、空穴传输层、空穴注入层、氧化铟锡层。
以上对本申请实施例所提供的一种量子点发光二极管及其制备方法和显示屏进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种量子点发光二极管，所述量子点发光二极管包括依次排列的电极层、电子传输层和量子点层，其特征在于，所述量子点发光二极管还包括：
第一功能层，设于所述电极层和所述电子传输层之间；和/或，
第二功能层，设于所述电子传输层和所述量子点层之间；
所述第一功能层和/或所述第二功能层至少由通式为Mn+1XnTx的MXene材料形成，其中，M为过渡金属元素，X为C或N的至少一种，T为末端功能基团，T以共价键形式连接于M，n为1～4之间的整数，x为1或2。
2.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述第一功能层的一表面与所述电极层接触，并且其另一表面与所述电子传输层接触；所述第二功能层一表面与所述电子传输层接触，并且其另一表面与所述量子点层接触。
3.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述过渡金属元素为Ti、Sc、Y、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W的至少一种；和/或，所述末端功能基团为-OH、＝O、-F的至少一种。
4.根据权利要求3所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述MXene材料为Ti2CT、Ti2CT2、Ti3C2T、Ti3C2T2、Ti3CNT、Ti3CNT2、V2CT、V2CT2、TiNbCT或TiNbCT2中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述电子传输层的材料为ZnO纳米材料；和/或，所述电子传输层厚度为30～60nm；和/或，所述电极层为阴极层；和/或，所述电极层厚度为10～100nm；和/或，所述量子点层厚度为10～100nm。
6.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述量子点发光二极管还包括依次排列的空穴传输层、空穴注入层和阳极层。
7.一种显示屏，其特征在于，所述显示屏包括如权利要求1-6中任一项所述的量子点发光二极管。
8.一种量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供第一功能层，所述第一功能层被配置为位于电极层和电子传输层之间；和/或，
提供第二功能层，所述第二功能层被配置为位于量子点层和电子传输层之间；
所述第一功能层和/或所述第二功能层至少由通式为Mn+1XnTx的MXene材料形成，其中，M为过渡金属元素，X为C或N的至少一种，T为末端功能基团，T以共价键形式连接于M，n为1～4之间的整数，x为1或2。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一功能层的一表面与所述电极层接触，并且其另一表面与所述电子传输层接触；所述第二功能层一表面与所述电子传输层接触，并且其另一表面与所述量子点层接触。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一功能层和/或所述第二功能层至少由MXene材料形成，所述MXene材料的浓度为5～15mg/ml。
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