基于石墨烯的柔性量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法，柔性基底上形成陰極1，在所述陰極上的石墨烯2作為空穴層，在所述石墨烯上的量子點(diǎn)4作為發(fā)光層，和所述量子點(diǎn)層上制備的陽(yáng)極5，其中石墨烯2與量子點(diǎn)4之間采用雙功能分子3自組裝方式連接。所述石墨烯2為經(jīng)過(guò)雙功能分子修飾的單層或多層。所述雙功能分子3包括巰基乙酸、巰基丙酸，其一端與石墨烯2相接，另外一端與量子點(diǎn)4相接。所述石墨烯2空間結(jié)構(gòu)與陰極1水平或豎直。本發(fā)明提供的發(fā)光二極管器件采用雙功能分子連接石墨烯與量子點(diǎn)，可以加速空穴傳輸速率，減小層與層之間的內(nèi)在電阻，降低開(kāi)啟電壓，提高器件的工作壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于石墨烯的柔性量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件領(lǐng)域，具體涉及一種柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】
量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QD-LED)是使用量子點(diǎn)材料作為發(fā)光層應(yīng)用到有機(jī)或聚合物電致發(fā)光器件中的一種新型顯示器件。由于量子點(diǎn)的發(fā)射光譜半峰寬狹窄，并且隨著量子點(diǎn)尺寸大小的改變，光譜范圍也會(huì)發(fā)生位移，因而QD-LED器件不僅發(fā)光效率高，而且發(fā)光范圍可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍。因而，近幾年來(lái)，QD-LED器件的研究受到國(guó)內(nèi)外研究小組的廣泛關(guān)注。
[0003]目前石墨烯由于其獨(dú)特的光電性質(zhì)，受到人們的廣泛關(guān)注。石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層相同，是碳原子以sp2雜化軌道形成的蜂巢晶格排列的單層二維晶體。石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，碳-碳鍵距僅為1.42 L石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力的情況下，碳原子面可以彎曲變形，使得碳原子不用重排，因而能夠保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而使得石墨烯有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高量子點(diǎn)發(fā)光二極管能效的器件結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種制備柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管的制備方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段是:
柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，柔性基底上形成陰極1，在所述陰極上的石墨烯2作為空穴層，在所述石墨烯上的量子點(diǎn)4作為發(fā)光層，和所述量子點(diǎn)層上制備的陽(yáng)極5，其中石墨烯2與量子點(diǎn)4之間采用雙功能分子3自組裝方式連接。
[0007]所述石墨烯2為經(jīng)過(guò)雙功能分子修飾的單層或多層。
[0008]所述雙功能分子3包括巰基乙酸(TGA)、巰基丙酸(MPA)，其一端與石墨烯2相接，另外一端與量子點(diǎn)4相接。
[0009]所述石墨烯2空間結(jié)構(gòu)與陰極I水平或豎直。
[0010]所述量子點(diǎn)4為核殼結(jié)構(gòu)，核為硫化鎘、硒化鎘、締化鎘、硫化鉛、硒化鉛中的一種或者幾種，殼為硫化鋅、硒化鋅中的一種，量子點(diǎn)表面包裹有羧基、氨基、羥基、硅烷基中的
一種基團(tuán)。
[0011]所述的量 子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法包括如下步驟:
1)將石墨烯層轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，空間結(jié)構(gòu)與襯底水平或垂直，柔性襯底為ΡΕΤ/ΙΤ0；
2)對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾處理，將步驟I)轉(zhuǎn)移好的石墨烯浸泡于摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.0-1 M的巰基乙酸或者巰基丙酸溶液中，浸泡0.5 — 10小時(shí)，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上；
3)量子點(diǎn)的制備:采用高溫金屬分解法制備量子點(diǎn)，并在量子點(diǎn)顆粒的表面上包裹羧基、氨基、羥基、硅烷基中一種基團(tuán)；將步驟2)制備的具有石墨烯層的電極放入量子點(diǎn)溶液中進(jìn)行自組裝，將量子點(diǎn)層制備于石墨烯層之上；
4)在量子點(diǎn)層上制備陽(yáng)極電極。
[0012]所述步驟4)中量子點(diǎn)溶液摩爾濃度為0.01-10 Μ，自主裝時(shí)間為0.1 — 20小時(shí)。
[0013]有益效果:
(I)石墨烯可以使用溶液處理技術(shù)沉積在ITO玻璃上，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)它的溶液呈現(xiàn)中性，對(duì)器件無(wú)腐蝕作用，不僅可以減小器件中界面阻抗，防止PEDOT層對(duì)ITO的腐蝕，而且可以防止ITO中的In元素向有機(jī)層的侵入，導(dǎo)致器件能效的降低；加速器件內(nèi)電子與空穴復(fù)合速率，降低開(kāi)啟電壓，提高器件的工作壽命。
[0014](2)石墨烯的能帶位置在4.6 eV，比PEDOT導(dǎo)帶位置有所提升。QD-LED器件中的開(kāi)啟電壓為空穴傳輸層價(jià)帶和電子傳輸層導(dǎo)帶能級(jí)差，引人石墨烯后器件的理論開(kāi)啟電壓降低；
(3)由于石墨烯的超高電子遷移率和導(dǎo)電性，使得空穴可以較快的注入和傳輸?shù)娇昭▽雍桶l(fā)光層的界面上，與發(fā)光層中的電子復(fù)合產(chǎn)生光子。
[0015](4)采用雙功能分子連接石墨烯與量子點(diǎn)，可以加速空穴傳輸速率，減小層與層之間的內(nèi)在電阻，降低開(kāi)啟電壓。
[0016]分別采用石墨烯與PEDOT作為空穴傳輸層，制備量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件。石墨烯作為空穴傳輸層的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的開(kāi)啟電壓可以降低至2 V以下，未封閉器件的工作壽命達(dá)到300小時(shí)以上。PEDOT作為空穴傳輸層的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的開(kāi)啟電壓大于2 V，工作壽命低于200小時(shí)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，其中:1——陰極，2——石墨烯，3—雙功能分子，4——量子點(diǎn)，5——陽(yáng)極；
圖2石墨烯(實(shí)線)、PED0T (虛線)分別作為空穴傳輸層的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的1-V曲線。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
石墨烯層的制備參見(jiàn)《201010613212.9基于羥胺還原的石墨烯制備方法》文獻(xiàn)。
[0019]實(shí)施例1:
柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，如圖1所示，柔性基底上形成陰極1，在所述陰極上的石墨烯2作為空穴層，在所述石墨烯上的量子點(diǎn)4作為發(fā)光層，和所述量子點(diǎn)層上制備的陽(yáng)極5，其中石墨烯2與量子點(diǎn)4之間采用雙功能分子3自組裝方式連接。
[0020]所述石墨烯2為經(jīng)過(guò)雙功能分子修飾的單層。
[0021]所述雙功能分子3為巰基乙酸(TGA)，其一端與石墨烯2相接，另外一端與量子點(diǎn)4相接。
[0022]所述石墨烯2空間結(jié)構(gòu)與陰極I豎直。
[0023]所述量子點(diǎn)4為核殼結(jié)構(gòu)，核為硒化鎘，殼為硫化鋅，量子點(diǎn)表面包裹有羧基。
[0024]所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法包括如下步驟:
1)將石墨烯層制備到柔性襯底上，空間結(jié)構(gòu)與襯底垂直，柔性襯底為PET/IT0；
2)對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾處理，將制備好的石墨烯浸泡于摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01 M的TGA溶液中，浸泡時(shí)間0.5小時(shí)，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上；
3)量子點(diǎn)的制備:將用高溫金屬法制備的量子點(diǎn)顆粒的表面上包裹羧基，量子點(diǎn)核殼結(jié)構(gòu)，核為硒化鎘，殼為硫化鋅。
[0025]4)將步驟3)制備的具有石墨烯層的電極放入量子點(diǎn)溶液中進(jìn)行自組裝，量子點(diǎn)溶液摩爾濃度為0.01 M,自主裝時(shí)間為20小時(shí)，將量子點(diǎn)層制備于石墨烯層之上；
5)在量子點(diǎn)層上制備陽(yáng)極電極，電極材料為鋁。
[0026]實(shí)施例2:
柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，柔性基底上形成陰極1，在所述陰極上的石墨烯2作為空穴層，在所述石墨烯上的量子點(diǎn)4作為發(fā)光層，和所述量子點(diǎn)層上制備的陽(yáng)極5，其中石墨烯2與量子點(diǎn)4之間采用雙功能分子3自組裝方式連接。
[0027]所述石墨烯2為經(jīng)過(guò)雙功能分子修飾的多層石墨烯(2-3層)
所述雙功能分子3為巰基丙酸(MPA)，其一端與石墨烯2相接，另外一端與量子點(diǎn)4相接。
[0028]所述石墨烯2空間結(jié)構(gòu)與陰極I水平。
[0029]所述量子點(diǎn)4為核殼結(jié)構(gòu)，核為硫化鎘，殼為硫化鋅，量子點(diǎn)表面包裹有氨基基團(tuán)。
[0030]所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法包括如下步驟:
1)將石墨烯層轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，空間結(jié)構(gòu)與襯底水平或垂直，柔性襯底為ΡΕΤ/ΙΤ0；
2)對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾處理，將轉(zhuǎn)移好的石墨烯浸泡于摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為IM的TGA或MPA溶液中，浸泡時(shí)間10小時(shí)，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上；
3)量子點(diǎn)的制備:將用高溫金屬法制備的量子點(diǎn)顆粒的表面上包裹羧基，量子點(diǎn)核殼結(jié)構(gòu)，核為硒化鎘，殼為硫化鋅。
[0031]4)將步驟3制備的具有石墨烯層的電極放入量子點(diǎn)溶液中進(jìn)行自組裝，量子點(diǎn)溶液摩爾濃度為10M，自主裝時(shí)間為0.1小時(shí)，將量子點(diǎn)層制備于石墨烯層之上；
5)在量子點(diǎn)層上制備陽(yáng)極電極，電極材料為鋁。
[0032]如圖2所示，實(shí)線為石墨烯作為空穴傳輸層的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的1-V曲線，開(kāi)啟電壓為1.8 V，虛線為PEDOT作為空穴傳輸層的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的1-V曲線，開(kāi)啟電壓為2.2 V。
【權(quán)利要求】
1.柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于:柔性基底上形成陰極(1)，在所述陰極上的石墨烯(2)作為空穴層，在所述石墨烯上的量子點(diǎn)(4)作為發(fā)光層，量子點(diǎn)(4)上制備陽(yáng)極(5)，其中石墨烯(2)與量子點(diǎn)(4)之間采用雙功能分子(3)自組裝方式連接。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于所述石墨烯(2)為經(jīng)過(guò)雙功能分子(3)修飾的單層或多層。
3.如權(quán)利要求2所述的柔性石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于所述雙功能分子(3)為巰基乙酸或者巰基丙酸，其一端與石墨烯(2)相接，另外一端與量子點(diǎn)(4)相接。
4.如權(quán)利要求3所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于所述石墨烯(2)空間結(jié)構(gòu)與陰極(I)水平或豎直。
5.如權(quán)利要求1所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于:所述量子點(diǎn)(4)為核殼結(jié)構(gòu)，核為硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、硫化鉛、硒化鉛中的一種或者幾種，殼為硫化鋅、硒化鋅中的一種，量子點(diǎn)表面包裹有羧基、氨基、羥基、硅烷基中的一種基團(tuán)。
6.如權(quán)利要求1所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將石墨烯層轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，空間結(jié)構(gòu)與襯底水平或垂直，柔性襯底為PET/ITO； 2)對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾處理，將步驟I)轉(zhuǎn)移好的石墨烯浸泡于摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為.0.01 M的巰基乙酸或者巰基丙酸溶液中，浸泡0.5 — 10小時(shí)，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上； 3)量子點(diǎn)的制備:采用高溫金屬分解法制備量子點(diǎn)，并在量子點(diǎn)顆粒的表面上包裹羧基、氨基、羥基、硅烷基中一種基團(tuán)；將步驟2)制備的具有石墨烯層的電極放入量子點(diǎn)溶液中進(jìn)行自組裝，將量子點(diǎn)層制備于石墨烯層之上； 4)在量子點(diǎn)層上制備陽(yáng)極電極。
7.如權(quán)利要求6所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中量子點(diǎn)溶液摩爾濃度為0.01-10 Μ,自主裝時(shí)間為0.1 — 20小時(shí)。
【文檔編號(hào)】H01L51/54GK103441221SQ201310419664
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】陳靜, 雷威, 張曉兵 申請(qǐng)人:東南大學(xué)