CN209515741U

CN209515741U - 一种以Al2O3薄膜为缓冲层的量子点发光二极管

Info

Publication number: CN209515741U
Application number: CN201920074583.0U
Authority: CN
Inventors: 王坚; 黎佳立; 王娟红; 江从彪; 寸阳珂; 俞丹牡; 彭俊彪; 曹镛
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2029-01-17

Abstract

本实用新型公开了一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管，所述QLED包括依次层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点层、电子传输层、Al₂O₃缓冲层和阴极。阻挡银浆、碳纳米管等可溶液加工电极材料对下面功能层造成侵蚀的方法，本实用新型在制备电极材料之前加工一层Al₂O₃绝缘层，形成一层薄且致密的缓冲层，阻挡溶剂渗透从而保护下层功能层；同时该Al₂O₃绝缘层能作为电子阻挡层平衡载流子，进而有效提高QLED器件的性能和稳定性。

Description

一种以Al2O3薄膜为缓冲层的量子点发光二极管

技术领域

本实用新型属于光电器件技术领域,公开了一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管。

背景技术

量子点发光二极管被认为是下一代显示技术候选者，具有窄的可调发光峰、高稳定性和色纯度以及优异的色彩再现性等优点。为了制备低成本、高效无真空加工的QLED器件，金属电极需要采用溶液加工方式制备。大多数溶液加工的电极材料，如碳纳米管、石墨烯、纳米线网络结构、银浆等，通常都被溶解在有机溶剂当中。当加工这些材料到器件上，下层的有机功能层通常会被该有机溶剂溶解破坏，因此极大地降低了器件性能和稳定性。为了解决这个问题，通常认为有两种途径：第一种是使用一种厚的缓冲层来阻止溶剂渗透从而保护功能层，如掺杂环氧树脂，但是缓冲层较厚对器件性能影响较大；第二种是使用无溶剂的液态金属，一般是使用基于镓合金的液态金属，然而镓是一种稀有金属，成本高且极易氧化形成GaO₂膜，器件制备过程复杂。而且，在目前QLED器件中，一般采用ZnO作为电子传输层，导致电子为多数载流子，器件效率滚降较严重。因此实用新型一种致密的薄缓冲层对于阻挡溶剂侵蚀、平衡载流子注入且制备低成本、高性能无真空加工过程的全溶液QLED器件具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的问题是提供一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管，阻止溶液加工的电极材料对下层功能层的侵蚀破坏。

本实用新型的目的通过下述方案实现。

一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管,包括依次层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点层、电子传输层、Al₂O₃缓冲层和阴极。

优选所述缓冲层的厚度为1-10nm。

进一步的，所述衬底选自聚酞亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜树脂的柔性衬底，或玻璃的刚性衬底；

进一步的，所述阳极选自金属、金属氧化物或碳材料导电膜。

优选的，所述金属导电膜选自银纳米颗粒、银纳米线或镓铟锡合金导电膜；所述金属氧化物导电膜选自氧化铟锡导电膜、锑掺杂二氧化锡导电膜或铟稼锌氧化物导电膜；所述碳材料导电膜选自碳纳米管、石墨烯或石墨烯衍生物导电膜。

进一步的，所述空穴注入层可选自具有良好空穴注入性能的材料，可以为但不限于水溶性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)、酞菁铜(CuPc)、2,3,5,6-四氟 -7,7',8,8'-四氰醌-二甲烷(F4-TCNQ)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲(HATCN)、掺杂过渡金属氧化物、非掺杂过渡金属氧化物、掺杂金属硫系化合物或非掺杂金属硫系化合物中的一种或多种。

优选，所述过渡金属氧化物可以为但不限于MoO₃、VO₂、WO₃、CrO₃、CuO、或它们的混合物；所述的金属硫系化合物包括但不限于MoS₂、MoSe₂、WS₂、WSe₂、CuS、或它们的混合物。优选地，所述空穴注入层的厚度可以为1-100nm。

进一步的，所述空穴传输层的材料选自NPB(N,N′-二(1-萘基)-N,N′-二苯基-1,1′- 联苯-4-4′-二胺)、TPD(四苯基联苯二胺类化合物)、Poly-TPD(聚(N,N'双(4-丁基苯基) -N,N'-双(苯基)联苯胺)、Spiro TPD(N,N'-二(3-甲基苯基)-N,N'-二(苯基)-9,9-螺环芴)、 TFB(1,2,4,5-四(三氟甲基)苯)、PVK(聚乙烯基咔唑)、CBP(4,4'-二(9-咔唑)联苯)、TCTA (4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺)、mCP(9,9'-(1,3-苯基)二-9H-咔唑)、8-羟基喹啉铝(Alq3) 或它们的混合物等，也可以是无机纳米材料，如MoO₃、NiO或WO₃等。

所述阴极的材料为银浆、石墨烯、碳纳米管或银纳米线。

进一步的，所述量子点层可以是II-VI族化合物半导体纳米晶体，如CdS、CdSe、CdTe、 ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgTe或其组合)；III-V族或IV-VI族化合物半导体纳米晶体，如GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs或InSb；PbS、PbSe、PbTe或其组合；CuInSe2纳米晶体；或具有核-壳结构的纳米晶体，如CdSe/ZnSe、CdSe/ZnS、CdS/ZnSe、CdS/ZnS、ZnSe/ZnS、InP/ZnS 或其组合；或梯度合金量子点的合金量子点(例如CdSxSe1-x、CdSexTe1-x或ZnxCd1-xSe)。

进一步的，电子传输层为无机氧化物或掺杂无机氧化物，无机氧化物选自ZnO、TiO₂、SnO、 ZrO₂和Ta₂O₃组成的组中任意一种或多种，掺杂无机氧化物中掺杂物选自Li、Mg、Al、Cd、In、 Cu、Cs、Ga、Gd和8-羟基喹啉铝组成的组中的一种或多种，且掺杂物的掺杂比例为0.001～ 50wt％，其所述无机氧化物的的结构形态为纳米薄膜、纳米颗粒、纳米线、纳米片或纳米带中的一种或多种组合。

本实用新型采用全溶液-无真空加工制备QLED，具体包括以下步骤：在负载有阳极材料的衬底上,依次旋涂空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和氧化铝缓冲层，最后旋涂阴极材料，最终得到所述量子点发光二极管。

进一步的，所述缓冲层通过如下技术方案实现：

1)将AlCl₃溶于过量乙酸，80-120℃加热搅拌5-20min，高速离心得醋酸铝胶体；

2)所述醋酸铝胶体分散在2-甲氧基乙醇和乙醇胺中，并充分搅拌0.5-1.5小时得到前驱体溶液；

3)将所述前驱体溶液以3000-5000r/min的转速旋涂30-60s，120-180℃退火10-40min，得到Al₂O₃缓冲层；

其中，所述步骤1)中乙酸与AlCl₃的摩尔比大于3:1；

所述步骤2)中前驱体溶液中醋酸铝的浓度为2-15mg/ml。

与现有技术相比，本实用新型在全溶液-无真空环境中加工制备量子点发光二极管，阻挡银浆、碳纳米管等可溶液加工电极材料对下面功能层造成侵蚀的方法，具体是在制备电极材料之前采用溶液加工形成一层薄且致密的Al₂O₃缓冲层，厚度达到1-10nm，其能够有效阻挡溶剂渗透从而保护下层功能层，同时该Al₂O₃绝缘层可作为电子阻挡层平衡载流子注入，抑制激子猝灭，电流效率提升了34％，大大提高了器件性能和稳定性，且缓冲层材料成本低。

附图说明

图1为实施例1制备的量子点发光二极管的电流密度-电压-亮度曲线图；

图2为实施例1制备的量子点发光二极管的电流密度-效率曲线图；

图3为一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施作进一步说，但本实用新型的实施不限于此，需指出的是，由于实用新型内容限定的参数范围均可以实现且效果接近，以下仅给出较优的实施例，若有其他未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照本实用新型和现有技术实现的。

对比例1

在溅射有透明导电电极氧化铟锡的玻璃基底上,依次旋涂空穴注入层(PEDOT:PSS)40nm、空穴传输层(TFB)30nm、量子点层(CdSe@ZnS)20nm、电子传输层(ZnO)60nm、最后旋涂银浆150nm。

实施例1

如图3，本实施例的一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管,包括依次层叠设置的衬底1、阳极2、空穴注入层3、空穴传输层4、量子点层5、电子传输层6、Al₂O₃缓冲层7和阴极8。

在溅射有透明导电电极氧化铟锡的玻璃基底上,依次旋涂空穴注入层(PEDOT:PSS)40nm、空穴传输层(TFB)30nm、量子点层(CdSe@ZnS)20nm、电子传输层(ZnO)60nm、Al₂O₃缓冲层5nm，最后旋涂银浆150nm。

其中Al₂O₃缓冲层制备方法如下：取2g无水氯化铝加入10ml乙酸中，将溶液在100℃下搅拌10分钟，使氯化铝充分反应，产生半透明的乙酸铝白色胶体，然后离心分离。将取10mg 乙酸铝胶体溶解在1ml的2-甲氧基乙醇和4μl的乙醇胺中制备10mg/ml的乙酸铝溶液，其作为Al₂O₃前驱体溶液。将此前驱体溶液以5000r/min 40s旋涂于ZnO层上，150℃退火10min。

图1中显示，相比无缓冲层的银前驱体器件(w/o)，旋涂Al₂O₃前驱体溶液导致器件电阻增大，电流密度降低，起亮电压增高，但其有效的阻挡了溶剂侵蚀，器件亮度从697cd/m²提升到1004cd/m²；图2表明器件电流效率从0.85cd/A提升到1.14cd/A，增加了34％。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本实用新型的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种以Al₂O₃薄膜为缓冲层的量子点发光二极管,其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点层、电子传输层、Al₂O₃缓冲层和阴极；所述Al₂O₃缓冲层的厚度为1-10nm。

2.根据权利要求1所述量子点发光二极管，其特征在于，所述衬底是柔性衬底或玻璃刚性衬底。

3.根据权利要求1所述量子点发光二极管，其特征在于，所述阳极选自金属、金属氧化物或碳材料导电膜。

4.根据权利要求1所述量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴注入层的材料选自水溶性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、酞菁铜、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰醌-二甲烷、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、掺杂过渡金属氧化物、非掺杂过渡金属氧化物、掺杂金属硫系化合物或非掺杂金属硫系化合物中的一种以上。

5.根据权利要求3所述量子点发光二极管，其特征在于，所述金属导电膜选自银纳米颗粒、银纳米线或镓铟锡合金导电膜；所述金属氧化物导电膜选自氧化铟锡导电膜、锑掺杂二氧化锡导电膜或铟稼锌氧化物导电膜；所述碳材料导电膜选自碳纳米管、石墨烯或石墨烯衍生物导电膜。

6.根据权利要求1所述量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层的材料选自N,N′-二(1-萘基)-N,N′-二苯基-1,1′-联苯-4-4′-二胺、四苯基联苯二胺类化合物、聚（N,N'双（4-丁基苯基）-N,N'-双（苯基）联苯胺）、N, N'-二(3-甲基苯基)-N,N'-二(苯基)-9,9-螺环芴、1,2,4,5-四（三氟甲基）苯、聚乙烯基咔唑、4,4'-二(9-咔唑)联苯、4,4',4''-三(咔唑-9-基)三苯胺、9,9'-(1,3-苯基)二-9H-咔唑或8-羟基喹啉铝中一种或两种以上。

7.根据权利要求1所述量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层的材料选自MoO₃纳米材料、NiO纳米材料或WO₃纳米材料中一种以上，所述阴极的材料为银浆、石墨烯、碳纳米管或银纳米线。

8.根据权利要求1所述量子点发光二极管，其特征在于，量子点层的材料选自II-VI族、III-V族、IV-VI族化合物半导体纳米晶体，或选自具有核-壳结构的纳米晶体、梯度合金量子点的合金量子点；电子传输层的材料选自无机氧化物或掺杂无机氧化物。