CN110416420B - 量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents

量子点发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种量子点发光二极管，包括相对设置的阳极和阴极，且在所述阳极和所述阴极之间设置有量子点发光层，所述阴极和所述量子点发光层之间设置有第一功能层，且所述第一功能层为电子传输层，且所述电子传输层的材料为硅掺杂氧化锌。

Description

量子点发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于平板显示技术领域，尤其涉及一种量子点发光二极管及其制备方法。
背景技术
半导体量子点具有尺寸可调谐的光电子性质，已经被广泛地应用于发光二极管、太阳能电池和生物荧光标记。量子点合成技术经过二十多年的发展，人们已经可以合成各种高质量的纳米材料，其光致发光效率可以达到85％以上。由于量子点具有尺寸可调节的发光、发光线宽窄、光致发光效率高和热稳定性等特点，因此以量子点作为发光层的量子点发光二极管(QD-LED)是极具潜力的下一代显示和固态照明光源。量子点发光二极管(QLED)因具备高亮度、低功耗、广色域、易加工等诸多优点近年来在照明和显示领域获得了广泛的关注与研究。经过多年的发展，QLED技术获得了巨大的发展。从公开报道的文献资料来看，目前最高的红色和绿色QLED的外量子效率已经超过或者接近20％，表明红绿QLED的内量子效率实际上已经接近100％的极限。然而，作为高性能全彩显示不可或缺的蓝色QLED目前不论是在电光转换效率还是在使用寿命上都远低于红绿QLED，从而限制了QLED在全彩显示方面的应用。
对于传统的QLED器件来说，器件效率已经达到了显示技术的需要，但其稳定性是制约其应用的一个重要技术缺陷。因此，适当性的提高QLED器件稳定性是及其重要的。其中，制约QLED稳定性的一个重要的原因就是短路电流，短路电流会使得器件热功率增加，影响器件稳定性及效率。其中，造成器件短路电流大的主要因素包括其中的杂质颗粒、薄膜不平整以及ITO电极不平整性等方面。
发明内容
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，旨在解决现有的量子点发光二极管稳定性不佳的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种量子点发光二极管，包括相对设置的阳极和阴极，且在所述阳极和所述阴极之间设置有量子点发光层，所述阴极和所述量子点发光层之间设置有第一功能层，且所述第一功能层为电子传输层，且所述电子传输层的材料为硅掺杂氧化锌。
以及，一种量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
提供阴极；
在所述阴极上制备第一功能层，所述第一功能层为硅掺杂氧化锌材料的电子传输层；
在所述电子传输层表面制备量子点发光层；
在所述量子点发光层上制备阳极。
本发明提供的量子点发光二极管，在阴极和所述量子点发光层之间设置硅掺杂氧化锌材料的电子传输层，即第一功能层，在增加器件效率、色纯度的前提下，能提高器件稳定性。
首先，引入所述第一功能层，由于硅掺杂氧化锌材料较纯ZnO而言，具有较低的电子迁移率，但对于空穴传输层材料为有机材料的量子点发光二极管来说，由于一般的有机材料空穴传输能力大大低于无机材料电子传输能力，具有较低电子传输能力的硅掺杂氧化锌材料可以更好的平衡载流子，减少非辐射跃迁，降低器件温度，提高器件稳定性。
其次，硅掺杂氧化锌材料的功函数也较纯ZnO材料小，因此，所述第一功能层可以和ITO阴极形成欧姆接触，降低开路电压。此外，通过增加硅掺杂氧化锌材料的电子传输层的厚度，尽可以能的减少阴极表面不平整造成的短路电流，进一步提高器件稳定性。
本发明提供的量子点发光二极管的制备方法，只需在阴极上制备硅掺杂氧化锌材料的电子传输层，然后依次制备量子点发光二极管和阳极即可。该方法工艺相对成熟，简单可控，有利于实现规模化生产。
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。
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更多个该特征。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。
本发明实施例提供了一种量子点发光二极管，包括相对设置的阳极和阴极，且在所述阳极和所述阴极之间设置有量子点发光层，所述阴极和所述量子点发光层之间设置有第一功能层，且所述第一功能层为电子传输层，且所述电子传输层的材料为硅掺杂氧化锌。
本发明实施例提供的量子点发光二极管，在阴极和所述量子点发光层之间设置硅掺杂氧化锌材料的电子传输层，即第一功能层，在增加器件效率、色纯度的前提下，能提高器件稳定性。
首先，引入所述第一功能层，由于硅掺杂氧化锌材料较纯ZnO而言，具有较低的电子迁移率，但对于空穴传输层材料为有机材料的量子点发光二极管来说，由于一般的有机材料空穴传输能力大大低于无机材料电子传输能力，具有较低电子传输能力的硅掺杂氧化锌材料可以更好的平衡载流子，减少非辐射跃迁，降低器件温度，提高器件稳定性。
其次，硅掺杂氧化锌材料的功函数也较纯ZnO材料小，因此，所述第一功能层可以和ITO阴极形成欧姆接触，降低开路电压。此外，通过增加硅掺杂氧化锌材料的电子传输层的厚度，尽可以能的减少阴极表面不平整造成的短路电流，进一步提高器件稳定性。
本发明实施例中，所述第一功能层的材料无定形ZnmSinO材料中m、n的取值对电荷传输影响较大。m的取值范围为0.8-0.95，n的取值范围为0.05-0.2时形成的化合物的功函数和ITO接近，形成欧姆接触，且具有可以和空穴注入层同数量级的电子迁移率。当锌盐过量，硅少量时，体系中Zn含量多，ZnmSinO的电子迁移率较大，但其功函数也较大，不利于与ITO形成欧姆接触，降低注入势垒。反之，ZnmSinO的电阻率太大，不利于电子传输。
优选的，所述硅掺杂氧化锌为ZnmSinO，其中，m的取值范围为0.8-0.95，n的取值范围为0.05-0.2。优选的上述硅掺杂氧化锌，能更好地提高器件稳定性。
进一步优选的，所述电子传输层的厚度为130-280nm。本发明实施例通过加入厚度为130-280nm的无定形ZnmSinO材料的电子传输层，可以在量子点发光二极管内部形成光学微腔，采用光学微腔结构可以增加谐振波长的发光强度、窄化发光光谱提高色纯度、提高器件的发光效率。
本发明实施例中，根据d＝nλ(d为光程差，λ为发光波长)，所述第一功能层的厚度根据量子点发光二极管的发光颜色的不同，可以进一步优化。作为一种实施情形，所述量子点发光二极管为绿光量子点发光二极管，且所述(ZnmSinO材料的)电子传输层的厚度为170-250nm，此时可以更有效地加强共振，增加出光效率。作为；另一种实施情形，所述量子点发光二极管为蓝光量子点发光二极管，且所述(ZnmSinO材料的)电子传输层的厚度为130-220nm，此时可以更有效地加强共振，增加出光效率。作为再一种实施情形，所述量子点发光二极管为红光量子点发光二极管，且所述(ZnmSinO材料的)电子传输层的厚度为210-280nm，此时可以更有效地加强共振，增加出光效率。
本发明实施例中，为了更好地促进空穴传输，优选的，在所述阳极和所述量子点发光层之间设置有第二功能层，且所述第二功能层为空穴传输层。所述空穴传输层可以选自聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)、聚乙烯咔唑、聚(N,N'双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺)、聚(9,9-二辛基芴-共-双-N,N-苯基-1,4-苯二胺)、4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺、4,4'-二(9-咔唑)联苯，但不限于此。
所述第二功能层的厚度为0-100nm。进一步优选的，所述第二功能层的厚度为40-50nm。若所述太薄则导电性较弱，且导致空穴电子不平衡，发光区可能在电子传输层而不在量子点层；太厚则不利于注入。
本发明实施例中，所述阳极可以选择但不限于金属阳极，所述阴极可以选择但不限于ITO阴极。
所述量子点层中的量子点可以为II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族形成的单晶半导体化合物中的至少一种，也可以是II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族形成的二元或多元核壳结构的半导体化合物中的至少一种，还可以是单晶半导体化合物和核壳结构的半导体化合物形成的混合物。本发明实施例中，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。
本发明实施例提供的量子点发光二极管可以通过下述方法制备获得。
以及，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，其特征在于，包括以下步骤：
S01.提供阴极；
S02.在所述阴极上制备第一功能层，所述第一功能层为硅掺杂氧化锌材料的电子传输层；
S03.在所述电子传输层表面依次制备量子点发光层；
S04.在所述量子点发光层上制备阳极。
本发明实施例提供的量子点发光二极管的制备方法，只需在阴极上制备硅掺杂氧化锌材料的电子传输层，然后依次制备量子点发光二极管和阳极即可。该方法工艺相对成熟，简单可控，有利于实现规模化生产。
具体的，上述步骤S01中，优选的，将阴极进行清洗处理。作为具体优选实施例，清洗处理的方法为：将图案化的阴极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10-25m分钟，更优选为15分钟。待超声完成后将阴极放置于洁净烘箱中烘干备用。
上述步骤S02中，在所述阴极上制备第一功能层，优选的，所述硅掺杂氧化锌为ZnmSinO，其中，m的取值范围为0.8-0.95，n的取值范围为0.05-0.2。具体优选的，所述第一功能层的制备方法为：
提供锌盐、硅酸盐，将两者混合形成混合原料后，以氩气作为保护气体，以氧气作为工作气体，通过磁控溅射制备得到无定形ZnmSinO材料的电子传输层。将锌盐与硅酸盐原料通过溅射的方法在通入Ar和O2混合气的条件下沉积到ITO阴极基底上。其中,O2提供混合原料后，以氩气作为保护气体，以氧气作为工作气体，通过磁控溅射制备得到硅掺杂氧化锌混合物中的O元素。通过磁控溅射，可以获得无定形的ZnmSinO材料。
其中，所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌中的至少一种。所述锌盐和所述硅酸盐的摩尔比即为m：n。
上述步骤S03中，在所述电子传输层表面制备量子点发光层，进一步优选的在制备量子点发光层之后，还包括在所述量子点发光层上制备第二功能层，所述第二功能层为空穴传输层。
上述步骤S04中，在所述量子点发光层上制备阳极，可以采用常规方法实现。
本发明实施例中，所述量子点发光层、所述第二功能层的制备的方法，包括化学法和物理法，其中，所述物理法包括物理镀膜法和溶液加工法。具体的，化学法包括：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。所述物理镀膜法包括：热蒸发镀膜法、电子束蒸发镀膜法、磁控溅射法、多弧离子镀膜法、物理气相沉积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法等。所述溶液加工法包括旋涂法、印刷法、打印法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法、条状涂布法。本发明实施例优选采用溶液加工法制备得到均匀且致密的界面修饰层。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
S11.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。
S12.待ITO基片干燥后，在其上通过溅射的方法沉积一层ZnmSinO电子传输层。
S13.待上部片子冷却至室温后，在其上沉积QD，此层的厚度为20-40nm，不需加热。之后，沉积空穴传输层TFB，其厚度为40nm。这一步的沉积完成后将片子放置在100℃的加热台上加热30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的金属银作为阳极。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，其特征在于，包括相对设置的阳极和阴极，且在所述阳极和所述阴极之间设置有量子点发光层，所述阴极和所述量子点发光层之间设置有第一功能层，且所述第一功能层为电子传输层，且所述电子传输层的材料为ZnmSinO，其中，m的取值范围为0.8-0.95，n的取值范围为0.05-0.2，所述阴极为ITO，所述电子传输层的厚度为130-280nm。
2.如权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述量子点发光二极管为绿光量子点发光二极管，且所述电子传输层的厚度为170-250nm。
3.如权利要求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为蓝光量子点发光二极管，且所述电子传输层的厚度为130-220nm。
4.如权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述量子点发光二极管为红光量子点发光二极管，且所述电子传输层的厚度为210-280nm。
5.如权利要求1-4任一项所述的量子点发光二极管，其特征在于，在所述阳极和所述量子点发光层之间设置有第二功能层，且所述第二功能层为空穴传输层。
6.如权利要求5所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述第二功能层的厚度为0-100nm。
7.如权利要求6所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述第二功能层的厚度为40-50nm。
8.一种量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供阴极，所述阴极为ITO；
在所述阴极上制备第一功能层，所述第一功能层为电子传输层，且所述电子传输层的材料为ZnmSinO，其中，m的取值范围为0.8-0.95，n的取值范围为0.05-0.2，所述电子传输层的厚度为130-280nm；
在所述电子传输层表面制备量子点发光层；
在所述量子点发光层上制备阳极。
9.如权利要求8所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一功能层的制备方法为：
提供锌盐、硅酸盐，将两者混合形成混合原料后，以氩气作为保护气体，以氧气作为工作气体，通过磁控溅射制备得到硅掺杂氧化锌材料的电子传输层。
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，所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌中的至少一种。
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