[发明专利]核壳钙钛矿量子点及其制备方法、量子点组合物及具有其的量子点器件

说明书

本发明提供了一种核壳钙钛矿量子点及其制备方法、量子点组合物及具有其的量子点器件。该制备方法包括：将羧酸铯、羧酸铅、含有金属M的卤素前体和非配位溶剂混合并反应，得到含有钙钛矿量子点的第一溶液，钙钛矿量子点表面具有金属M的羧酸盐配体；将第一溶液与氨水混合并进行第一次配体交换反应，得到含有钙钛矿量子点的第二溶液；将第二溶液与SHR₁Si(OCH₃)₃混合并进行第二次配体交换反应，以在钙钛矿量子点表面形成M‑S化学键，将反应体系的pH调至酸性，得到表面包覆硫化物次壳层和二氧化硅外壳层的核壳钙钛矿量子点，R₁为C₂～C₁₀的直链饱和烃基或含有双键的直链不饱和烃基。上述制备方法使得荧光量子产率保持稳定。

技术领域

本发明涉及量子点材料领域，具体而言，涉及一种核壳钙钛矿量子点及其制备方法、量子点组合物及具有其的量子点器件。

背景技术

近年来，由于钙钛矿量子点所具有的光学与物理性质，如具有较高的光电转化效率等，以及较低的制备成本和简单的合成方法，在太阳能电池、量子点膜、发光二极管、激光等领域受到了广泛的关注。而且钙钛矿量子点作为一种发光材料，相比于传统的无机半导体量子点(如CdSe、CdS等)，通过调节钙钛矿量子点中的元素比例、元素类型，钙钛矿量子点同样可以达到全色域的覆盖。在钙钛矿量子点中，相比于传统的有机-无机杂化钙钛矿量子点，全无机钙钛矿量子点由于其具有较高的紫外吸收和荧光量子产率、较窄的荧光发射光谱、荧光光谱随化学合成可调、荧光寿命短等特点，近年来在单色发光二极管上极具应用潜力。

单一组分的无机半导体量子点，如CdSe等，由于表面原子的配位不饱和，会形成很多悬挂键，并由此带来大量的表面缺陷。这些缺陷的能带介于量子点的导带与价带之间，从而会影响量子点的激子态，导致量子点的光学性质变差。因此无机半导体量子点往往需要包覆能带宽度更大的壳层材料，形成核壳结构。相比单一组分的量子点，核壳结构量子点具有更高的化学与光学稳定性。

与无机半导体量子点不同，钙钛矿量子点的表面缺陷态的能带存在于价带之下或者导带之上，从而使得缺陷态能级不会影响量子点的激子态，使得钙钛矿量子点不需包覆能带结构更大的壳层材料，就可以实现很高的荧光量子产率。但是尽管如此，钙钛矿量子点是一种离子型半导体材料，其抗水抗氧抗光照以及抗高温的能力很差。而且常规的钙钛矿量子点在极性溶剂中不稳定，易分解。这些问题限制了钙钛矿在一些新兴领域如发光二极管等方面的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种核壳钙钛矿量子点及其制备方法、量子点组合物及具有其的量子点器件，以解决现有技术中钙钛矿量子点稳定性较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种核壳钙钛矿量子点的制备方法，包括以下步骤：S1，将羧酸铯、羧酸铅、含有金属M的卤素前体和非配位溶剂混合并反应，得到含有钙钛矿量子点的第一溶液，钙钛矿量子点表面具有金属M的羧酸盐配体；S2，将第一溶液与氨水混合并进行第一次配体交换反应，得到含有钙钛矿量子点的第二溶液；S3，将第二溶液与SHR₁Si(OCH₃)₃混合并进行第二次配体交换反应，以在钙钛矿量子点表面形成M-S化学键，将反应体系的pH调至酸性，得到表面包覆硫化物次壳层和二氧化硅外壳层的核壳钙钛矿量子点，R₁为C₂～C₁₀的直链饱和烃基或C₂～C₁₀的含有双键的直链不饱和烃基中的任意一种。

进一步地，步骤S1包括：将金属M的卤化物和第一配位溶剂混合并加热，反应得到卤素前体；将羧酸铯、羧酸铅和第二非配位溶剂混合并加热反应，得到阳离子前体溶液；将卤素前体加入阳离子前体溶液中并加热，得到含有钙钛矿量子点的第一溶液，优选加热反应的温度为30～300℃。