基于石墨烯的柔性量子點發光二極管器件及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種柔性石墨烯量子點發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4作為發光層，和所述量子點層上制備的陽極5，其中石墨烯2與量子點4之間采用雙功能分子3自組裝方式連接。所述石墨烯2為經過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4相接。所述石墨烯2空間結構與陰極1水平或豎直。本發明提供的發光二極管器件采用雙功能分子連接石墨烯與量子點，可以加速空穴傳輸速率，減小層與層之間的內在電阻，降低開啟電壓，提高器件的工作壽命。
【專利說明】基于石墨烯的柔性量子點發光二極管器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于量子點發光二極管器件領域，具體涉及一種柔性石墨烯量子點發光二極管的結構及其制備方法。
[0002]【背景技術】
量子點發光二極管(QD-LED)是使用量子點材料作為發光層應用到有機或聚合物電致發光器件中的一種新型顯示器件。由于量子點的發射光譜半峰寬狹窄，并且隨著量子點尺寸大小的改變，光譜范圍也會發生位移，因而QD-LED器件不僅發光效率高，而且發光范圍可覆蓋整個可見光譜范圍。因而，近幾年來，QD-LED器件的研究受到國內外研究小組的廣泛關注。
[0003]目前石墨烯由于其獨特的光電性質，受到人們的廣泛關注。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。石墨烯結構穩定，碳-碳鍵距僅為1.42 L石墨烯內部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力的情況下，碳原子面可以彎曲變形，使得碳原子不用重排，因而能夠保持結構的穩定性，進而使得石墨烯有優秀的導熱性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種能夠提高量子點發光二極管能效的器件結構。
[0005]本發明的另一目的是提供一種制備柔性石墨烯量子點發光二極管的制備方法。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用的技術手段是:
柔性石墨烯量子點發光二極管器件，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4作為發光層，和所述量子點層上制備的陽極5，其中石墨烯2與量子點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為經過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4相接。
[0009]所述石墨烯2空間結構與陰極I水平或豎直。
[0010]所述量子點4為核殼結構，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，量子點表面包裹有羧基、氨基、羥基、硅烷基中的
一種基團。
[0011]所述的量 子點發光二極管器件的制備方法包括如下步驟:
1)將石墨烯層轉移到柔性襯底上，空間結構與襯底水平或垂直，柔性襯底為ΡΕΤ/ΙΤ0；
2)對石墨烯進行表面修飾處理，將步驟I)轉移好的石墨烯浸泡于摩爾質量分數為
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，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上；
3)量子點的制備:采用高溫金屬分解法制備量子點，并在量子點顆粒的表面上包裹羧基、氨基、羥基、硅烷基中一種基團；將步驟2)制備的具有石墨烯層的電極放入量子點溶液中進行自組裝，將量子點層制備于石墨烯層之上；
4)在量子點層上制備陽極電極。
[0012]所述步驟4)中量子點溶液摩爾濃度為0.01-10 Μ，自主裝時間為0.1 — 20小時。
[0013]有益效果:
(I)石墨烯可以使用溶液處理技術沉積在ITO玻璃上，操作簡單，同時它的溶液呈現中性，對器件無腐蝕作用，不僅可以減小器件中界面阻抗，防止PEDOT層對ITO的腐蝕，而且可以防止ITO中的In元素向有機層的侵入，導致器件能效的降低；加速器件內電子與空穴復合速率，降低開啟電壓，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導帶位置有所提升。QD-LED器件中的開啟電壓為空穴傳輸層價帶和電子傳輸層導帶能級差，引人石墨烯后器件的理論開啟電壓降低；
(3)由于石墨烯的超高電子遷移率和導電性，使得空穴可以較快的注入和傳輸到空穴層和發光層的界面上，與發光層中的電子復合產生光子。
[0015](4)采用雙功能分子連接石墨烯與量子點，可以加速空穴傳輸速率，減小層與層之間的內在電阻，降低開啟電壓。
[0016]分別采用石墨烯與PEDOT作為空穴傳輸層，制備量子點發光二極管器件。石墨烯作為空穴傳輸層的量子點發光二極管器件的開啟電壓可以降低至2 V以下，未封閉器件的工作壽命達到300小時以上。PEDOT作為空穴傳輸層的量子點發光二極管器件的開啟電壓大于2 V，工作壽命低于200小時。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是量子點敏化太陽能電池的結構，其中:1——陰極，2——石墨烯，3—雙功能分子，4——量子點，5——陽極；
圖2石墨烯(實線)、PED0T (虛線)分別作為空穴傳輸層的量子點發光二極管器件的1-V曲線。
[0018]【具體實施方式】:
石墨烯層的制備參見《201010613212.9基于羥胺還原的石墨烯制備方法》文獻。
[0019]實施例1:
柔性石墨烯量子點發光二極管器件，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4作為發光層，和所述量子點層上制備的陽極5，其中石墨烯2與量子點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為經過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4相接。
[0022]所述石墨烯2空間結構與陰極I豎直。
[0023]所述量子點4為核殼結構，核為硒化鎘，殼為硫化鋅，量子點表面包裹有羧基。
[0024]所述的量子點發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，空間結構與襯底垂直，柔性襯底為PET/IT0；
2)對石墨烯進行表面修飾處理，將制備好的石墨烯浸泡于摩爾質量分數為0.01 M的TGA溶液中，浸泡時間0.5小時，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上；
3)量子點的制備:將用高溫金屬法制備的量子點顆粒的表面上包裹羧基，量子點核殼結構，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溶液中進行自組裝，量子點溶液摩爾濃度為0.01 M,自主裝時間為20小時，將量子點層制備于石墨烯層之上；
5)在量子點層上制備陽極電極，電極材料為鋁。
[0026]實施例2:
柔性石墨烯量子點發光二極管器件，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4作為發光層，和所述量子點層上制備的陽極5，其中石墨烯2與量子點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為經過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4相接。
[0028]所述石墨烯2空間結構與陰極I水平。
[0029]所述量子點4為核殼結構，核為硫化鎘，殼為硫化鋅，量子點表面包裹有氨基基團。
[0030]所述的量子點發光二極管器件的制備方法包括如下步驟:
1)將石墨烯層轉移到柔性襯底上，空間結構與襯底水平或垂直，柔性襯底為ΡΕΤ/ΙΤ0；
2)對石墨烯進行表面修飾處理，將轉移好的石墨烯浸泡于摩爾質量分數為IM的TGA或MPA溶液中，浸泡時間10小時，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上；
3)量子點的制備:將用高溫金屬法制備的量子點顆粒的表面上包裹羧基，量子點核殼結構，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溶液中進行自組裝，量子點溶液摩爾濃度為10M，自主裝時間為0.1小時，將量子點層制備于石墨烯層之上；
5)在量子點層上制備陽極電極，電極材料為鋁。
[0032]如圖2所示，實線為石墨烯作為空穴傳輸層的量子點發光二極管器件的1-V曲線，開啟電壓為1.8 V，虛線為PEDOT作為空穴傳輸層的量子點發光二極管器件的1-V曲線，開啟電壓為2.2 V。
【權利要求】
1.柔性石墨烯量子點發光二極管器件，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(4)作為發光層，量子點(4)上制備陽極(5)，其中石墨烯(2)與量子點(4)之間采用雙功能分子(3)自組裝方式連接。
2.如權利要求1所述的柔性石墨烯量子點發光二極管器件，其特征在于所述石墨烯(2)為經過雙功能分子(3)修飾的單層或多層。
3.如權利要求2所述的柔性石墨烯量子點發光二極管器件，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(4)相接。
4.如權利要求3所述的量子點發光二極管器件，其特征在于所述石墨烯(2)空間結構與陰極(I)水平或豎直。
5.如權利要求1所述的量子點發光二極管器件，其特征在于:所述量子點(4)為核殼結構，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，量子點表面包裹有羧基、氨基、羥基、硅烷基中的一種基團。
6.如權利要求1所述的量子點發光二極管器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將石墨烯層轉移到柔性襯底上，空間結構與襯底水平或垂直，柔性襯底為PET/ITO； 2)對石墨烯進行表面修飾處理，將步驟I)轉移好的石墨烯浸泡于摩爾質量分數為.0.01 M的巰基乙酸或者巰基丙酸溶液中，浸泡0.5 — 10小時，將雙功能分子修飾到石墨烯表面上； 3)量子點的制備:采用高溫金屬分解法制備量子點，并在量子點顆粒的表面上包裹羧基、氨基、羥基、硅烷基中一種基團；將步驟2)制備的具有石墨烯層的電極放入量子點溶液中進行自組裝，將量子點層制備于石墨烯層之上； 4)在量子點層上制備陽極電極。
7.如權利要求6所述的量子點發光二極管器件的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中量子點溶液摩爾濃度為0.01-10 Μ,自主裝時間為0.1 — 20小時。
【文檔編號】H01L51/54GK103441221SQ201310419664
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】陳靜, 雷威, 張曉兵 申請人:東南大學