基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于發(fā)光二極管器件制備【技術領域】，特別涉及一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管及其制備方法。本發(fā)明半導體量子點發(fā)光二極管依次包括層疊的襯底、透明導電金屬氧化物電極層、電子注入層、量子點發(fā)光層、空穴注入層和對電極層，其中涉及的電子注入層采用乙酰丙酮鈦膜材料?？刹捎眯康热芤杭庸さ姆椒ㄖ苽潆娮幼⑷雽樱瑢⒁阴１佉敕聪蚪Y構量子點發(fā)光二極管器件制備中，實現(xiàn)了電子的有效注入；并且與傳統(tǒng)的正向結構和溶膠凝膠法制備的二氧化鈦、氧化鋅相比，本發(fā)明具有發(fā)光顏色純、制備工藝簡單，成本低廉，實驗重復性和穩(wěn)定性好、適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點。
【專利說明】 基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光二極管器件制備【技術領域】，特別涉及一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源的枯竭以及環(huán)境的惡化，大量節(jié)能環(huán)保材料隨之發(fā)明和應用。其中發(fā)光二極管(LED)因存在節(jié)能、環(huán)保、耐用等優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的照明材料，成為新一代的照明光源。目前，熒光發(fā)光材料已經(jīng)被廣泛地應用到LED照明和顯示技術中，其中由于熒光粉的光衰大、顆粒均勻度差、使用壽命短等問題，使其并非最好的LED發(fā)光材料。有機發(fā)光二極管(OLED)也是新一代LED的研究熱點，但其在高溫環(huán)境下高分子涂層易老化，使用壽命也受到一定影響。量子點(QDS)因具有優(yōu)良的發(fā)光效率、使用壽命長、顏色純度好等優(yōu)點，成為目前新型LED發(fā)光材料的研究熱點，也有逐步成為新的“綠色”發(fā)光光源的趨勢。
[0003]基于I1-VI族的量子點發(fā)光材料，發(fā)光波長在可見光范圍可任意調(diào)節(jié)，其紅光最高亮度超過15000cd/m2，發(fā)光效率超過2cd/A?；贖gTe、Pb (S、Se)的量子點，其發(fā)光波長可進一步拓展到800-2500nm。這些結果使得可溶液加工的量子點有著非常廣泛的應用前景。在傳統(tǒng)的正向結構量子點發(fā)光二極管中，低功函的負極需要通過真空蒸度的方法形成電極，工藝復雜，而且其電極環(huán)境適應性很差，容易氧化，影響發(fā)光二極管的穩(wěn)定性，不利于器件的壽命和穩(wěn)定性的提高。因此加工工藝簡單的全溶液加工方法和可以使用穩(wěn)定的電子和空穴注入層的反向結構量子點發(fā)光二極管器件備受關注。
[0004]乙酰丙酮鈦是一種淡黃色粉末，以乙酰丙酮為媒介的螯合物，其分子式為CltlH14O5Ti,相對分子量或原子量為262.12。其熔點為196°C?200°C。該材料溶于異丙醇，也溶于苯、甲苯和氯仿。該材料主要用作有機合成催化劑，樹脂交聯(lián)劑和固化促進劑等。
[0005]本發(fā)明首次將其用作電子注入材料用于反向結構量子點發(fā)光二極管中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供了一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管及其制備方法。
[0007]—種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管，所述半導體量子點發(fā)光二極管中襯底、透明導電金屬氧化物電極層、電子注入層、量子點發(fā)光層、空穴注入層和對電極層順次相連；所述透明導電金屬氧化物電極層和對電極層分別與外接電源或測試裝置相連；所述電子注入層的材質(zhì)為乙酰丙酮鈦膜材料。
[0008]基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管，其特征設計為:
[0009]層疊的襯底，用于支撐整個器件的載體；
[0010]透明導電金屬氧化物電極層，用于充當器件的電極；
[0011]電子注入層，用于實現(xiàn)電子的有效注入；
[0012]電子傳輸層，用于實現(xiàn)電子的高效遷移，可根據(jù)實際情況添加；[0013]空穴阻擋層，用于阻擋對電極空穴的無效遷移，可根據(jù)實際情況添加；
[0014]量子點發(fā)光層，用于實現(xiàn)二極管器件的發(fā)光；
[0015]電子阻擋層，用于阻擋對電極電子的無效遷移，可根據(jù)實際情況添加；
[0016]空穴傳輸層，用于實現(xiàn)空穴的高效遷移，可根據(jù)實際情況添加；
[0017]空穴注入層，用于實現(xiàn)空穴的有效注入；
[0018]對電極層，用于充當器件的電極。
[0019]所述襯底的材質(zhì)為玻璃或聚酯薄膜材料。
[0020]所述透明導電金屬氧化物電極層的材質(zhì)為In、Sn、Zn和Cd中的一種或多種的氧化物材料。
[0021]所述乙酰丙酮鈦膜的厚度為10 A?500人。
[0022]所述空穴注入層的材質(zhì)為PED0T:PSS或Mo、V、W和Ni中的一種或多種的氧化物材料。
[0023]所述對電極層的材質(zhì)為Al、Ag、Au或其復合電極材料。
[0024]一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管的制備方法，該方法采用全溶液加工，其具體步驟如下:
[0025](a)在襯底⑴上制備透明導電金屬氧化物電極層；
[0026](b)將乙酰丙酮鈦與溶劑混合形成混合溶液，在透明導電金屬氧化物電極層上旋涂所述混合溶液，經(jīng)烘烤，得到電子注入層；
[0027](C)在電子注入層上依次制備量子點發(fā)光層、空穴注入層和對電極層，得到所述基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管。
[0028]步驟(b)中所述溶劑為異丙醇、異辛醇、乙醇、乙酸乙酯和石油醚中的一種或多種。
[0029]步驟(b)中所述混合溶液中乙酰丙酮鈦的濃度為2mg/mL?100mg/mL。
[0030]步驟(b)中所述混合溶液的旋涂轉(zhuǎn)速為800rpm?5000rpm，烘烤的溫度為20°C?250°C，烘烤時間為I分鐘?48小時。
[0031]本發(fā)明的有益效果為:
[0032]本發(fā)明采用全溶液加工方法制備半導體量子點發(fā)光二極管，使得器件加工工藝更加簡單易操作，從而可實現(xiàn)降低加工成本，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。由于穩(wěn)定的電子空穴注入層材料一乙酰丙酮鈦的引入，使得反向結構半導體量子點發(fā)光二極管器件具有更好的環(huán)境適應性，從而具有更強的穩(wěn)定性和更長的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明電致發(fā)光二極管結構示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實施例1所得IT0/PED0T:PSS/QDS(0D11.8)/Al正向結構半導體量子點發(fā)光二極管的電流-電壓特性及亮度曲線；
[0035]圖3為本發(fā)明實施例2所得IT0/PED0T:PSS/QDS(0D11.8)/TIPD/Al正向結構半導體量子點發(fā)光二極管的電流-電壓特性及亮度曲線；
[0036]圖4為本發(fā)明實施例3所得IT0/TIPD/QDS(0D11.8)/PED0T:PSS/A1反向結構半導體量子點發(fā)光二極管的電流-電壓特性及亮度曲線；[0037]圖5為本發(fā)明實施例3所得IT0/TIPD/QDS(0D11.8)/PED0T:PSS/A1反向結構半導體量子點發(fā)光二極管的光譜曲線；
[0038]圖6為本發(fā)明實施例3所得IT0/TIPD/QDS(0D11.8)/PED0T:PSS/A1反向結構半導體量子點發(fā)光二極管的能級結構圖；
[0039]圖中標號:1_襯底；2_透明導電金屬氧化物電極層；3_電子注入層；4_量子點發(fā)光層；5_空穴注入層；6_對電極層；7_外接電源或測試裝置。
【具體實施方式】
[0040]本發(fā)明提供了一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管及其制備方法，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0041]一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管，所述半導體量子點發(fā)光二極管中襯底1、透明導電金屬氧化物電極層2、電子注入層3、量子點發(fā)光層4、空穴注入層5和對電極層6順次相連；所述電子注入層3的材質(zhì)為乙酰丙酮鈦膜材料。
[0042]所述襯底I的材質(zhì)為玻璃或聚酯薄膜材料。
[0043]所述透明導電金屬氧化物電極層2的材質(zhì)為In、Sn、Zn和Cd中的一種或多種的氧化物材料。
[0044]所述乙酰丙酮鈦膜的厚度為IO A?500 A。
[0045]所述空穴注入層5的材質(zhì)為PED0T:PSS或Mo、V、W和Ni中的一種或多種的氧化物材料。
[0046]所述對電極層6的材質(zhì)為Al、Ag、Au或其復合電極材料。
[0047]實施例1
[0048]制備一種正向結構半導體量子點發(fā)光二極管，其具體步驟如下:
[0049]將預處理的濺射有氧化銦錫(ITO)的透明導電玻璃依次使用洗潔精、去離子水、丙酮、異丙醇進行超聲清洗，然后對其采取氮氣吹干，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PEDOT:PSS溶液，在150°C烘烤退火15分鐘，自然冷卻，得到空穴注入層。隨后將處理完畢的實驗樣品轉(zhuǎn)入手套箱中，接著在所得空穴注入層表面旋涂光學密度(OD)為2.7的CdSe/ZnS核殼結構半導體量子點(由Ocean nanotech公司生產(chǎn)，ID:QSP0620_50)甲苯溶液，其中CdSe/ZnS核殼結構半導體量子點的濃度為2mg/mL，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為lOOOrpm，在80°C退火30min，作為量子點發(fā)光層。然后在5X10_5Pa下真空蒸鍍IOOnm厚的鋁作為對電極。其電流-電壓特性及亮度曲線如圖2所示，其啟亮電壓為4.1V，發(fā)光二極管最大亮度為1.2cd/m2。
[0050]實施例2
[0051]制備一種正向結構半導體量子點發(fā)光二極管，其具體步驟如下:
[0052]將預處理的濺射有氧化銦錫(ITO)的透明導電玻璃依次使用洗潔精、去離子水、丙酮、異丙醇進行超聲清洗，然后對其采取氮氣吹干，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PEDOT:PSS溶液，在150°C烘烤退火15分鐘，自然冷卻，得到空穴注入層。隨后將處理完畢的實驗樣品轉(zhuǎn)入手套箱中，接著在所得空穴注入層表面旋涂光學密度(OD)為2.7的CdSe/ZnS核殼結構半導體量子點(由Ocean nanotech公司生產(chǎn)，ID:QSP0620_50)甲苯溶液，其中CdSe/ZnS核殼結構半導體量子點的濃度為2mg/mL，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為lOOOrpm，在80°C退火30min，作為量子點發(fā)光層。隨后在4000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂濃度為5.8mg/mL的乙酰丙酮鈦的異丙醇溶液，在150°C烘烤10分鐘，待其自然冷卻后可形成薄膜電子注入層。然后在5X10_5Pa下真空蒸鍍IOOnm厚的鋁作為對電極層。其電流-電壓特性及亮度曲線如圖3所示，其啟亮電壓為3.8V，發(fā)光二極管最大亮度為318cd/m2。
[0053]實施例3
[0054]制備一種全溶液加工的反向結構半導體量子點發(fā)光二極管，其具體步驟如下:
[0055]將預處理的濺射有氧化銦錫(ITO)的透明導電玻璃依次使用洗潔精、去離子水、丙酮、異丙醇進行超聲清洗，然后對其采取氮氣吹干，隨后將處理完畢的導電玻璃轉(zhuǎn)入手套箱中，在4000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂5.8mg/mL的乙酰丙酮鈦的異丙醇溶液,在150°C烘烤10分鐘，待其自然冷卻后可形成薄膜電子注入層(3)。接著在所得電子注入層(3)表面旋涂光學密度(OD)為2.7的CdSe/ZnS核殼結構半導體量子點(由Ocean nanotech公司生產(chǎn)，ID:QSP0620-50)甲苯溶液，其中CdSe/ZnS核殼結構半導體量子點的濃度為2mg/mL，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為lOOOrpm，在80°C退火30min，作為量子點發(fā)光層(4)。待自然冷卻后從手套箱中取出實驗樣品，在空氣環(huán)境中，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PEDOT: PSS溶液，并在150 V烘烤15分鐘，自然冷卻，隨即得到空穴注入層(5)。然后在5X10_5Pa下真空蒸鍍IOOnm厚的鋁作為對電極。其電流-電壓特性及亮度曲線如圖4所示，其啟亮電壓為4.3V，發(fā)光二極管最大亮度為264cd/m2。電致發(fā)光光譜圖如圖5所示，其峰值波長范圍為610nm?620nm。在所得的半導體量子點發(fā)光二極管中，電子注入層厚度為150 A。
【權利要求】
1.一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管，其特征在于:所述半導體量子點發(fā)光二極管中襯底(I)、透明導電金屬氧化物電極層(2)、電子注入層(3)、量子點發(fā)光層(4)、空穴注入層(5)和對電極層(6)順次相連；所述電子注入層(3)的材質(zhì)為乙酰丙酮鈦膜材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的反向結構半導體量子點發(fā)光二極管器件，其特征為:所述襯底(I)的材質(zhì)為玻璃或聚酯薄膜材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的反向結構半導體量子點發(fā)光二極管器件，其特征為:所述透明導電金屬氧化物電極層(2)的材質(zhì)為In、Sn、Zn和Cd中的一種或多種的氧化物材料。
4.根據(jù)權利要求1所述的反向結構半導體量子點發(fā)光二極管器件，其特征為:所述乙酰丙酮鈦膜的厚度為10 A?500人。
5.根據(jù)權利要求1所述的反向結構半導體量子點發(fā)光二極管器件，其特征為:所述空穴注入層(5)的材質(zhì)為PED0T:PSS或Mo、V、W和Ni中的一種或多種的氧化物材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的反向結構半導體量子點發(fā)光二極管器件，其特征為:所述對電極層(6)的材質(zhì)為Al、Ag、Au或其復合電極材料。
7.如權利要求1?6任意一項權利要求所述的一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，該方法采用全溶液加工，具體步驟如下: (a)在襯底⑴上制備透明導電金屬氧化物電極層(2); (b)將乙酰丙酮鈦與溶劑混合形成混合溶液，在透明導電金屬氧化物電極層(2)上旋涂所述混合溶液，經(jīng)烘烤，得到電子注入層(3)； (c)在電子注入層(3)上依次制備量子點發(fā)光層(4)、空穴注入層(5)和對電極層(6)，得到所述基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述溶劑為異丙醇、異辛醇、乙醇、乙酸乙酯和石油醚中的一種或多種。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述混合溶液中乙酰丙酮鈦的濃度為2mg/mL?100mg/mL。
10.根據(jù)權利要求7所述的一種基于反向結構的半導體量子點發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述混合溶液的旋涂轉(zhuǎn)速為800rpm?5000rpm，烘烤的溫度為20°C?250°C，烘烤時間為I分鐘?48小時。
【文檔編號】H01L51/54GK103972416SQ201410206672
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權日:2014年5月15日
【發(fā)明者】譚占鰲, 孫剛, 屠逍鶴, 侯旭亮 申請人:華北電力大學