[發明專利]基于表面功能化半導體納米晶的光電器件的制備

無效

• 申請號: 201210302989.2
• 申請日: 2012-08-23
• 公開（公告）號: CN102790178A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 呂長利;呂曉丹;劉秉鑫;王春宇
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48;H01L51/54;H01L51/50;H01L51/56;B82Y30/00
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技術領域

本發明涉及半導體納米晶的表面功能化、聚合物納米雜化薄膜材料的制備及其光電器件的構筑。具體是指將具有光電功能的含氮功能有機小分子或其大分子通過配體交換或直接原位修飾的方法對半導體納米晶的表面進行功能化，以及通過溶液共混法和原位聚合法將功能化的納米晶與聚合物復合制備聚合物納米雜化材料，并根據表面功能化配體的性質將這些功能化的納米晶及其聚合物雜化材料應用于制備發光二級管或太陽能電池。?

背景技術

無機半導體納米晶的量子尺寸效應導致納米材料不同于本體材料的化學、物理、光學和磁學等特性。特別是其發光性質強烈地依賴于微粒的尺寸大小，這就為調控無機半導體納米晶發光性質提供了有效途徑。半導體納米晶的發光性質還受其摻雜態和表面態性質的影響。當前，這些功能性半導體納米晶的研究主要集中在繼續探索各種合成方法以改善其發光質量和對其形態控制，同時探索其在生物和光、電器件構造方面的應用。通過表面工程實現功能分子對納米晶的功能化，從而對其光學性質進行調控是當前這一領域發展的重要方向之一。這種方法可集小分子和熒光半導體納米晶的功能于一體，為新型功能納米晶的構筑提供新途徑。目前，這方面的研究大都集中在同生物分子的相互作用的研究上，僅有為數不多的報導涉及光性質調控方面的研究（J.?Am.?Chem.?Soc.,?2006,?128,?9288;?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2003,?125,?7174;?Chem.?Phys.?Lett.,?2005,?413,?311;?Chem.?Mater.,?2006,?18,?1275）。然而，一些具有重要光電應用的含氮雜環功能分子配體對半導體納米晶的功能化及其光電應用研究還鮮有報導。如8-羥基喹啉及其衍生物作為重要的功能小分子配體，與金屬離子具有較強的配位能力，在光電器件的構筑上都具有重要的應用。將這樣的功能分子通過配位作用修飾到半導體納米晶表面，利用其與納米晶表面的原子配位形成配合物，從而在納米晶表面實現二次發光，就可望實現二者發光性質的協同作用。此外，半導體納米晶的電子傳輸能力和空穴傳輸能力都很差，而且易聚集，因此，半導體納米晶光電器件的結構、層的形貌、電子傳導性、臨近能帶的分布情況均對器件的效率有極大的影響。因而，對納米晶表面修飾具有光電功能的小分子或大分子（J.?Am.?Chem.?Soc.,?2010,?132,?15038；Adv.?Funct.?Mater.,?2008,?18,?2071；Adv.?Mater.,?2009,?21,?5022），可以改善納米晶在器件中的分散情況、調整器件的能帶分布和提高電荷傳輸的效率，從而提高納米晶光電器件的性能。?

發明內容

本發明的目的是提供基于一類含氮雜環小分子或大分子配體功能化的半導體納米晶的發光器件和光伏器件制備的新方法，即通過表面配體交換法將功能有機小分子或大分子修飾到高質量半導體納米晶的表面構筑功能化的半導體納米晶，其關鍵是這些功能分子可對熒光納米晶的發光性質進行調控。再通過溶液共混法和原位聚合法分別制備功能化納米晶/聚合物雜化薄膜材料。這類雜化材料的光學性質均一、穩定，納米晶與聚合物之間可以共價鍵的形式存在，材料有較好的熱穩定性，這對光電器件的制備具有指導性意義。功能配體在納米晶的表面與其表面的金屬原子配位形成配合物，這種配合物在光電器件上具有電子傳輸能力；同時，功能配體含量較多時，還可以誘導納米晶發生電荷分離，甚至產生熒光淬滅。因此，可根據表面配體的性質和含量，將最終獲得的功能化半導體納米晶及其聚合物雜化材料應用于制備太陽能電池或發光二級管。此外，利用納米晶的本征發光與功能性配體與納米晶表面的金屬離子形成的配合物發光的疊加還可獲得白光發射。?

本發明包括以下四個步驟：??

1.?表面功能化半導體納米晶的制備；??

2.?有機聚合物單體及聚合物的選擇與合成；?

3.?功能化納米晶/聚合物雜化材料的制備；?

4．基于功能化納米晶及其聚合物雜化材料的太陽能電池器件或發光二級管的制備。

本發明是通過以下技術方案來實現的：?

一、表面功能化半導體納米晶的合成：?