[發明專利]綠色量子點、其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810904568.4
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN110819348B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 陳小朋;趙海洋;謝陽臘;蘇葉華
• 申請（專利權）人: 納晶科技股份有限公司
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;H01L51/50;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;白雪

本發明公開了一種綠色量子點、其制備方法及其應用。該綠色量子點具有CdSe/ZnSe_XS_1?X/ZnS結構，包括：CdSe核；ZnSe_XS_1?X殼層，包覆在CdSe核的外圍，其中0X≤1；ZnS殼層，包覆在ZnSe_XS_1?X殼層的外圍。該綠色量子點具備大于90％的量子效率、半峰寬介于20?26nm之間，單分散性等特點，基于該綠色量子點的QLED器件具備高外量子效率、高器件壽命等優點。

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，具體而言，涉及一種綠色量子點、其制備方法及其應用。

背景技術

量子點(Quantum Dot,QD)，即尺寸通常在1～100nm之間，且具有量子限域效應的半導體納米晶體。由于其特殊的光學和光電性質，諸如極寬的吸收光譜，非常窄的發射光譜，很高的發光效率，通過調節量子點的大小來調節量子點的相應帶隙，就能顯著地調節其電學、光學特性等。量子點在發光元件或光電轉換元件等多種元件中都有著廣泛的應用前景，目前已經被應用于顯示、照明、太陽能、防偽、生物熒光標記等諸多領域。

基于量子點的發光二極管(quantum dot light-emitting diodes,QLED)具有啟亮電壓低、發光單色性好、低能耗、發光顏色可通過量子點尺寸調節和低成本的溶液法制備等優點，在顯示領域和固態照明領域具有巨大的應用潛力。但是從目前的研發成果來看，用于綠光QLED的量子點主要有兩種合成方法：

(一)傳統方法合成的綠色核殼結構量子點，諸如CdSe/ZnSe，CdSe/CdS，CdSe/ZnS等核殼結構量子點，雖然其熒光量子效率可以達到50-80％，但是這種結構存在很多缺點。以最常用的CdSe核量子點為例，其較為合適的殼材料有ZnS、ZnSe、CdS。然而發明人發現存在下列幾個問題：

(1)ZnS和CdSe的晶格失配度較高，核殼材料表面處存在較大的張力和缺陷，使得CdSe/ZnS的形貌分布不規則，進而導致CdSe/ZnS結構的綠色量子點的熒光量子效率較低；

(2)CdS與CdSe的晶格失配度較低，但CdS作為殼層只能產生很小的勢壘，電子波函數可以很容易地外泄到殼層表面，進而導致CdSe/CdS結構不穩定；

(3)在CdSe量子點表面生長ZnSe殼層往往需要更高的反應溫度，且很難同時滿足量子點的穩定性和光學性能。

(二)也有通過一鍋法合成合金結構的綠色量子點。比如：錢磊課題組于2015年所報道的CdSe@ZnS合金量子點，其器件結果在100cd·m^-2亮度下，T50壽命為90,000h，已能夠滿足商業化應用，然而該種量子點材料的半峰寬接近30nm，這在很大程度上限制了其在顯示領域的應用。而國內的李林松課題組及韓國的Heesun Yang和Heeyeop Chae課題組在之前的工作中，雖然也均有報道半峰寬約22nm(業內認為半峰寬26nm為單分散性的標準)的CdSe@ZnS/ZnS合金結構的量子點，且EQE能夠達到10％以上，然而在壽命方面均未表現出良好的性能。這主要是由于此類CdSe@ZnS/ZnS合金結構的量子點，合金化的CdSe@ZnS核的尺寸普遍在8～10nm之間，而要在如此大的核的基礎上實現比較理想的量子限域效應，抑制其在電場作用下的俄歇效應，其殼層所需的ZnS層厚度往往需要在3～5nm甚至更厚，而如此厚度的ZnS，將會大大提升QLED的啟動電壓，從而加速QLED器件的老化過程，無法得到較為理想的器件壽命。此外，在實際應用中還發現，大粒徑的綠色量子點在打印所用的高粘度墨水中存在溶解性較差的問題，這將進一步地限制此類合金結構的CdSe@ZnS/ZnS綠色量子點在QLED的應用前景。

因此，開發一類適用于QLED的單分散性、高EQE(外量子效率)、高器件壽命的可以發出綠光的量子點，是非常有意義且有廣闊市場前景的。

發明內容