[发明专利]一种量子点薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种量子点薄膜及其制备方法，按重量百分比计，包括如下组分：量子点：0.01‑40.0%；所述量子点包括至少一个在径向方向上依次排布的量子点结构单元，所述量子点结构单元为径向方向上能级宽度变化的渐变合金组分结构或径向方向上能级宽度一致的均一组分结构；分散量子点的介质：60.0‑99.99%。本发明量子点薄膜成膜后制成的半导体器件具有优良的光学和电学等器件性能。

技术领域

本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种量子点薄膜及其制备方法。

背景技术

量子点是一种在三个维度尺寸上均被限制在纳米数量级的特殊材料，这种显著的量子限域效应使得量子点具有了诸多独特的纳米性质：发射波长连续可调、发光波长窄、吸收光谱宽、发光强度高、荧光寿命长以及生物相容性好等。这些特点使得量子点在平板显示、固态照明、光伏太阳能、生物标记等领域均具有广泛的应用前景。尤其是在平板显示应用方面，基于量子点材料的量子点电致发光二极管器件（Quantum dot light-emittingdiodes，QLED）借助于量子点纳米材料的特性和优化，已经在显示画质、器件性能、制造成本等方面展现出了巨大的潜力。虽然近年来QLED器件在各方面的性能不断得到提升，但无论是在器件效率还是在器件工作稳定性等基本器件性能参数上还与产业化应用的要求有相当的差距，这也大大阻碍了量子点电致发光显示技术的发展和应用。另外，不仅限于QLED器件，在其他领域中，量子点材料相对于传统材料的特性也被逐渐重视，例如光致发光器件、太阳能电池、显示器件、光电探测器、生物探针以及非线性光学器件等等，以下仅以QLED器件为例进行说明。

虽然量子点作为一种经典的纳米材料已经被研究和开发超过30年，但是利用量子点的优良发光特性并将其作为发光材料应用在QLED器件及相应的显示技术中的研究时间还很短；因此目前绝大部分的QLED器件的开发和研究均是基于已有经典结构体系的量子点材料，相应的量子点材料的筛选和优化的标准还基本是从量子点自身的发光性能例如量子点的发光峰宽、溶液量子产率等出发。将以上量子点直接应用于QLED器件结构中从而获得相应的器件性能结果。

但QLED器件及相应的显示技术作为一套复杂的光电器件体系，有诸多方面的因素会影响器件的性能。单从作为核心发光层材料的量子点材料出发，所需权衡的量子点性能指标就会复杂得多。

首先，量子点在QLED器件中是以量子点发光层固态薄膜的形式存在的，因此量子点材料原本在溶液中所得到的各项发光性能参数在形成固态薄膜后会表现出明显的差异：例如在固态薄膜中发光峰波长会有不同程度的红移（向长波长移动）、发光峰宽度会变大、量子产率会有不同程度的降低，也就是说量子点材料在溶液中的优良发光性能并不能完全被继承至QLED器件的量子点固态薄膜中。因此在设计和优化量子点材料的结构和合成配方时，需同时考虑量子点材料自身的发光性能最优化以及量子点材料在固态薄膜状态下的发光性能继承最大化。

其次，在QLED器件中量子点材料的发光是通过电致激发来实现的，即分别从QLED器件的阳极和阴极通电注入空穴和电子，空穴和电子通过QLED器件中相应功能层的传输在量子点发光层复合后，通过辐射跃迁的方式发射光子即实现发光。从以上过程可以看出，量子点自身的发光性能例如发光效率只是影响上述过程中辐射跃迁的效率，而QLED器件的整体发光效率还会同时受到上述过程中空穴和电子在量子点材料中的电荷注入和传输效率、空穴和电子在量子点材料中的相对电荷平衡、空穴和电子在量子点材料中的复合区域等的影响。因此在设计和优化量子点材料的结构尤其是量子点的精细核壳纳米结构时，还需重点考虑量子点形成固态薄膜以后的电学性能：例如量子点的电荷注入和传导性能、量子点的精细能带结构、量子点的激子寿命等。

最后，考虑到QLED器件及相应显示技术未来将通过极具生产成本优势的溶液法例如喷墨打印法进行制备，因此量子点的材料设计和开发需要考虑量子点溶液的加工性能，例如量子点溶液或打印墨水的可分散溶解性、胶体稳定性、打印成膜性等。同时，量子点材料的开发还要与QLED器件其他功能层材料以及器件的整体制备工艺流程和要求作协同。