[發明專利]納米粒子材料的制造方法、納米粒子材料以及光電轉換器件

有效

• 申請號: 201080042600.4
• 申請日: 2010-09-14
• 公開（公告）號: CN102576747A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 村山浩二
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H01L31/04
• 分類號: H01L31/04;B82B1/00;B82B3/00;H01L51/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 金世煜;苗堃

技術領域

本發明涉及納米粒子材料的制造方法、納米粒子材料以及光電轉換器件，更詳細而言涉及超微粒子表面被表面活性劑覆蓋的納米粒子材料、納米粒子材料以及使用該納米粒子材料的太陽能電池等光電轉換器件。

背景技術

作為粒徑為10nm以下的超微粒子的量子點由于載流子(電子、空穴)約束性優異，由此能夠容易地通過電子-空穴的再結合而生成激子。因此可以期待來自自由激子的發光，能夠實現發光效率高且發光光譜尖銳的發光。此外，對量子點可以在利用量子尺寸效果的寬波長范圍內進行控制，因此其在半導體激光器、發光二極管(LED)等發光器件中的應用受到矚目。

然而，膠體量子點是在液相中化學合成的，通常為了使量子點不相互凝聚，對表面用表面活性劑的有機分子進行覆蓋。即，膠體量子點因有機分子引起的表面活性劑低導電性而導致電位勢壘大，因此，具有介由載流子(空穴和電子)的光電轉換效率低這樣的缺點。

此外，在使用導電性高分子、金屬系材料作為表面活性劑時，通過施加電壓而注入至電極的載流子，從陽極向陰極或從陰極向陽極地在表面活性劑中通過，難以將上述載流子效率良好地約束在量子點內。

圖10是假設使用導電性表面活性劑的光電轉換器件的示意圖。

就該光電轉換器件而言，量子點層105介于形成在陽極101上面的空穴輸送層102和形成在陰極103下面的電子輸送層104之間。并且，為了使由芯部106和殼部107構成的量子點108不相互凝聚，該量子點層105的表面覆蓋有導電性表面活性劑109。即，量子點層105具有排列設置多個量子點108的層疊結構，導電性表面活性劑109介于量子點108之間。

在陽極101和陰極103之間施加電壓時，空穴注入至陽極101，電子注入至陰極103。而且，如箭頭a和箭頭b所示，作為載流子的空穴和電子在導電性表面活性劑109中通過而不被約束于量子點108內，空穴沿陰極103的方向輸送，電子沿陽極101的方向輸送。即，在使用導電性表面活性劑109時，載流子變得僅進行通電，無法將載流子約束于量子點108內。

因此，對設法使用具有空穴輸送性和電子輸送性這兩種配體的表面活性劑的技術進行研究開發。

例如，在專利文獻1中提出了一種納米粒子發光材料，其具有在量子點表面局部存在且至少由2種配體構成的表面活性劑，在上述配體中至少1種是空穴輸送性配體，至少1種是電子輸送性配體。

在該專利文獻1中，通過使具有電子輸送的配體和具有空穴輸送功能的配體這兩種均配位在納米粒子表面，從而能夠抑制配體間的電荷輸送，由此實現提高向納米粒子內注入電荷的效率。

此外，在專利文獻1中，通過以下方法制造納米粒子發光材料。

首先，在被TOPO覆蓋表面的CdSe納米粒子的甲苯分散液中加入甲醇進行攪拌，其后進行離心分離，生成CdSe納米粒子。然后，去除上清液后，使沉淀的CdSe納米粒子干燥，然后加入氯仿，從而得到CdSe納米粒子的氯仿溶液。接著，分別加入含有空穴輸送性配體的表面活性劑(例如，α-NPD衍生物)和電子輸送性配體(例如，BPhen)，在室溫遮光條件下，在氮氣氛中攪拌規定時間，進行配體置換操作。其后，加入甲醇，生成沉淀物，去除上清，得到粉末。數次重復該操作，純化粉末，在最終沉淀物中加入氯仿，由此得到納米粒子發光材料的透明氯仿溶液。

即，在空穴輸送性配體和電子輸送性配體共存的溶液中進行配體置換時，被置換的無用配體漂浮于溶液中。因此，若直接使用該溶液制作薄膜，則上述無用配體存在于膜中，由此可能損害功能。

因此，在專利文獻1中，將添加不良溶劑(例如，甲醇)生成沉淀物、除去上清液而去除無用配體這樣的一系列操作進行多次重復，由此完全去除無用配體(漂浮物)，其后，使之分散于分散溶劑中而得到納米粒子分散溶液。

專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-214363號公報(權利要求1、第0078段、第0079段)

發明內容

然而，在專利文獻1中，如上所述將添加不良溶劑→生成沉淀物→除去上清液的工序進行多次重復，所以在所述工序中配位于納米粒子表面的表面活性劑發生剝離，其結果是，表面覆蓋率下降，表面缺陷的鈍化變得并非不充分，存在空穴和電子在納米粒子表面發生再結合的可能。