一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管及其制備方法，屬于量子點電致發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)在顯示、照明及背光源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因其優(yōu)異的發(fā)光效率和器件性能已逐漸取代傳統(tǒng)的熒光燈成為新一代的光源。有機發(fā)光二極管(OLED)與量子點發(fā)光二極管(QLED)被認(rèn)為是未來LED發(fā)展的兩大主要方向。獨特量子效應(yīng)賦予半導(dǎo)體量子點材料發(fā)光波長可調(diào)、發(fā)射光譜峰半高寬窄、量子效率高等特點，半導(dǎo)體量子點材料在發(fā)光二極管、顯示和太陽能電池等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。目前為止，大部分量子點發(fā)光二極管的發(fā)光層均采用鎘基量子點，其制備過程繁瑣，穩(wěn)定性亟待提高。最近，無機鈣鈦礦量子點(CsPbX3，X = Cl，Br，I)優(yōu)異的光電性能引起了廣泛的關(guān)注，便捷的溶液合成、高量子效率(大于80%)及窄發(fā)光峰(小于30nm)使無機鈣鈦礦材料成為新的研究熱點，有望突破QLED領(lǐng)域中的應(yīng)用難題。
[0003]常見的QLED中的空穴傳輸層和電子傳輸層材料多采用有機材料。文獻(xiàn)KHighlyEfficient Quantum-Dot Light-Emitting D1des with DNA-CTMA as a Combined Hole-Transporting and Electron-Blocking LayerjACS Nano 2009，3，737-743)利用PEDOT:PSS，ITD，DNA-CTMA做空穴傳輸層，IPBi，Alq3做電子傳輸層，然而這些有機材料十分昂貴，且易受到大氣環(huán)境中氧氣和水分的影響而降低性能，導(dǎo)致QLED制備過程要求嚴(yán)格，增加了成本。與有機傳輸層材料相比，無機材料具有更高的電子、空穴迀移率，且在空氣中有良好的穩(wěn)定性，因此無機載流子傳輸層材料在發(fā)光二極管中具有巨大的應(yīng)用潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管及其制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管，包括ITO玻璃、P型氧化物半導(dǎo)體材料N1空穴傳輸層、無機鈣鈦礦CsPbX3量子點發(fā)光層、η型氧化物半導(dǎo)體材料電子傳輸層和陰極電極材料組成，所述陰極電極材料為Ag或者Al，所述的全無機量子點發(fā)光二極管由如下步驟制備:
[0006]步驟I，在潔凈的ITO玻璃表面沉積P型氧化物半導(dǎo)體材料N1作空穴傳輸層，并進(jìn)行熱處理；
[0007]步驟2，取CsPbX3量子點的分散液旋涂在經(jīng)步驟I處理后的器件表面；
[0008]步驟3，于步驟2旋涂后的表面磁控濺射沉積η型氧化物半導(dǎo)體材料作電子傳輸層，最后熱蒸發(fā)沉積陰極電極材料得到全無機量子點發(fā)光二極管。
[0009]優(yōu)選地，步驟I中，所述的沉積空穴傳輸層采用旋涂法或磁控濺射法，所述的P型氧化物半導(dǎo)體材料N1的沉積厚度為25?50nm，熱處理溫度為300°C?450°C。
[0010]優(yōu)選地，步驟2中，所述的CsPbX3量子點中的X為Cl、Br、I元素或者任意二者組合，CsPbX3量子點的分散液為CsPbX3量子點分散在正辛烷溶劑中，分散液的濃度為10?15mg/mL，旋涂速度為1500?2000r/min，旋涂時間為45?60s。
[O 011 ]優(yōu)選地，步驟3中，所述的η型氧化物半導(dǎo)體材料為Z η O或T i O 2，沉積厚度為4 O?60nm ；所述陰極電極材料為Ag或者Al，沉積厚度為80?10nm。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明采用全無機的器件結(jié)構(gòu)，采用氧化物半導(dǎo)體材料作為電子傳輸層和空穴傳輸層，降低成本的同時提高了器件穩(wěn)定性；同時采用無機鈣鈦礦CsPbX3量子點作為發(fā)光層，提高其發(fā)光效率，本發(fā)明制得的發(fā)光二極管亮度高且性能優(yōu)異，具有廣泛的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為實施例2制備的發(fā)光二極管的電流密度隨外加電壓變化關(guān)系圖。
[0015]圖3為實施例3制備的發(fā)光二極管的電致發(fā)光圖譜。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]本發(fā)明的一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括ITO玻璃、沉積在ITO玻璃表面的P型氧化物半導(dǎo)體材料N1空穴傳輸層、無機鈣鈦礦CsPbX3量子點發(fā)光層、η型氧化物半導(dǎo)體材料電子傳輸層和陰極電極材料，制備方法如下:首先在清潔的ITO玻璃上通過旋涂或磁控濺射沉積25?50nm的P型氧化物N1作空穴傳輸層，300°C?450°C熱處理后再旋涂無機鈣鈦礦CsPbX3量子點發(fā)光層，再通過磁控濺射沉積40?60nm的η型氧化物ZnO或Ti02作電子傳輸層，最后熱蒸發(fā)沉積80?10nm的陰極電極材料Ag或者Al，最終得到發(fā)光均勻的全無機CsPbX3鈣鈦礦量子點發(fā)光二極管。
[0018]實施例1
[0019]步驟I，取ITO玻璃經(jīng)丙酮，乙醇及去離子水清洗后真空烘干，通過磁控濺射沉積20nm厚的N1作空穴傳輸層，在空氣中經(jīng)350°C處理15min;
[0020]步驟2，取適量10mg/mL高溫合成的CsPbBr3量子點分散液旋涂在經(jīng)步驟I處理后器件表面，轉(zhuǎn)速為1500r/min，旋涂時間45s;
[0021]步驟3，于步驟2旋涂后的表面通過磁控濺射沉積40nm厚的ZnO作電子傳輸層，再熱蒸發(fā)沉積一層SOnm的Ag(或者Al)電極，制得基于CsPbBr3的全無機量子點發(fā)光二極管。
[0022]實施例2
[0023]步驟I，取ITO玻璃經(jīng)丙酮，乙醇及去離子水清洗后真空烘干，通過磁控濺射沉積40nm厚的N1作空穴傳輸層，在空氣中經(jīng)450°C處理1min;
[0024]步驟2，取適量15mg/mL高溫合成的CsPbBr3量子點分散液旋涂在經(jīng)步驟I處理后器件表面，轉(zhuǎn)速為2000r/min，旋涂時間45s ；
[0025]步驟3，于步驟2旋涂后的表面通過磁控濺射沉積50nm厚的ZnO作電子傳輸層，再熱蒸發(fā)沉積一層10nm的Ag(或者Al)電極，制得基于CsPbBr3的全無機量子點發(fā)光二極管，器件的電流密度與施加電壓關(guān)系圖如圖2所示，可以看出器件的啟動電壓較低，符合節(jié)能降耗的需求。
[0026]實施例3
[0027]步驟I，取ITO玻璃經(jīng)丙酮，乙醇及去離子水清洗后真空烘干，通過磁控濺射沉積20nm厚的N1作空穴傳輸層，在空氣中經(jīng)350°C處理15min;
[0028]步驟2，取適量10mg/mL高溫合成的CsPbBr3量子點分散液旋涂在經(jīng)步驟I處理后器件表面，轉(zhuǎn)速為1500r/min，旋涂時間45s;
[0029]步驟3，于步驟2旋涂后的表面通過磁控濺射沉積40nm厚的T12作電子傳輸層，再熱蒸發(fā)沉積一層SOnm的Ag(或者Al)電極，制得基于CsPbBr3的全無機量子點發(fā)光二極管。
[0030]本實施例制備的全無機量子點發(fā)光二極管器件的電致發(fā)光(EL)光譜如圖3所示，具有很純的發(fā)光峰，無其他雜峰，且發(fā)射峰的半高寬狹窄，只有30nm左右。
[0031 ] 實施例4
[0032]步驟I，取ITO玻璃經(jīng)丙酮，乙醇及去離子水清洗后真空烘干，通過磁控濺射沉積20nm厚的N1作空穴傳輸層，在空氣中經(jīng)350°C處理15min;
[0033]步驟2，取適量10mg/mL高溫合成的CsPbIBr2量子點分散液旋涂在經(jīng)步驟I處理后器件表面，轉(zhuǎn)速為1500r/min，旋涂時間45s;
[0034]步驟3，于步驟2旋涂后的表面通過磁控濺射沉積40nm厚的ZnO作電子傳輸層，再熱蒸發(fā)沉積一層SOnm的Ag(或者Al)電極，制得基于CsPbIBr2的全無機量子點發(fā)光二極管。
【主權(quán)項】
1.一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管，其特征在于，由ITO玻璃、P型氧化物半導(dǎo)體材料MO空穴傳輸層、無機鈣鈦礦CsPbX3量子點發(fā)光層、η型氧化物半導(dǎo)體材料電子傳輸層和陰極電極材料組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全無機量子點發(fā)光二極管，其特征在于，所述的η型氧化物半導(dǎo)體材料為ZnO或T12。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全無機量子點發(fā)光二極管，其特征在于，所述的陰極電極材料為Ag或者Al。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的全無機量子點發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，在潔凈的ITO玻璃表面沉積P型氧化物半導(dǎo)體材料N1作空穴傳輸層，并進(jìn)行熱處理； 步驟2，取CsPbX3量子點的分散液旋涂在經(jīng)步驟I處理后的器件表面； 步驟3，于步驟2旋涂后的表面磁控濺射沉積η型氧化物半導(dǎo)體材料作電子傳輸層，最后熱蒸發(fā)沉積陰極電極材料得到全無機量子點發(fā)光二極管。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟I中，所述的沉積空穴傳輸層采用旋涂法或磁控派射法，所述的P型氧化物半導(dǎo)體材料N1的沉積厚度為25?50nm，熱處理溫度為 300°C ?450°C。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述的CsPbX3量子點中的X為Cl、Br、I元素或者任意二者組合，CsPbX3量子點的分散液為CsPbX3量子點分散在正辛烷溶劑中，分散液的濃度為10?15mg/mL，旋涂速度為1500?2000r/min，旋涂時間為45?60s。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟3中，所述的η型氧化物半導(dǎo)體材料為ZnO或T12,沉積厚度為40?60nm;所述的陰極電極材料為Ag或者Al，沉積厚度為80?10nm0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無機鈣鈦礦材料的全無機量子點發(fā)光二極管，由ITO玻璃、p型氧化物半導(dǎo)體材料NiO空穴傳輸層、無機鈣鈦礦CsPbX3量子點發(fā)光層、n型氧化物半導(dǎo)體材料電子傳輸層和陰極電極材料組成。通過以下步驟制備：首先在ITO玻璃上通過沉積P型無機氧化物材料作空穴傳輸層，然后旋涂無機鹵化物鈣鈦礦量子點，再通過磁控濺射沉積n型無機氧化物作電子傳輸層，最后通過熱蒸發(fā)沉積發(fā)光二極管的金屬電極，得到發(fā)光均勻的全無機CsPbX3鈣鈦礦量子點發(fā)光二極管。本發(fā)明制備的全無機量子點發(fā)光二極管發(fā)光光譜半高寬窄，色純度高，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)異，具有廣泛的應(yīng)用價值。
【IPC分類】H01L33/14, H01L33/00, H01L33/06
【公開號】CN105552185
【申請?zhí)枴緾N201610071423
【發(fā)明人】曾海波, 李建海, 許蕾夢, 宋繼中, 董宇輝, 薛潔
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月1日