一种红光量子点、其合成方法及量子点发光二极管技术

本发明专利技术提供了一种红光量子点、其合成方法及量子点发光二极管。该合成方法包括：步骤S1，提供含CdSe量子点核的溶液；步骤S2，在CdSe量子点核上外延生长多个ZnxCd1‑xS单层壳，在远离CdSe量子点核的方向上，各ZnxCd1‑xS单层壳的x由0逐渐增加且最大值取0.5～0.8之间的数值，得到含CdSe/ZnxCd1‑xS量子点的体系；可选的步骤S3，对步骤S2的CdSe/ZnxCd1‑xS量子点再继续包覆ZnS壳层。通过控制壳层中的成分由CdS逐渐过渡到CdZnS或ZnS，保证了较好的晶格匹配度，使量子点能够维持在单指数分散的水平，最终能够得到高光学质量、耐光漂白性、空气稳定性高的量子点。

【技术实现步骤摘要】
一种红光量子点、其合成方法及量子点发光二极管
本专利技术涉及量子点材料领域，具体而言，涉及一种红光量子点、其合成方法及量子点发光二极管。
技术介绍
量子点(QuantumDot,QD)，即尺寸通常在1～100nm之间，且具有量子限域效应的半导体纳米晶体。由于其特殊的光学和光电性质，诸如极宽的吸收光谱，非常窄的发射光谱，很高的发光效率，通过调节量子点的大小来调节量子点的相应带隙，就能显著地调节其电学、光学特性等。量子点在发光元件或光电转换元件等多种元件中都有着广泛的应用前景，目前已经被应用于显示、照明、太阳能、防伪、生物荧光标记等诸多领域。然而在实际的应用过程中，量子点由于自身的结构特性或者在合成过程中产生的结构缺陷，所产生的荧光闪烁和光漂白现象大大制约着量子点在量子点发光二极管(QLED)中的应用。其中，量子点的荧光闪烁是指单颗量子点在激发光(可以是连续或脉冲激光器)的持续激发下，其发光却不是稳定的且连续不断的，而是会在“亮态”(“bright”)和“灰态”(“dim”)或“暗态”(“off”)之间进行随机的切换。量子点的光漂白就是量子点在激发光(可以是连续或脉冲激光器)的持续激发下，其发光随时间渐渐减弱甚至消失的现象，这种现象在量子点置于空气氛围下时将特别显著。在抑制量子点的荧光闪烁方面，目前的研究多集中于红光量子点，在现有的研究报告中，很多课题组提出，可通过在核层量子点上外延壳生长形成准II型能带结构或梯度合金壳层来抑制荧光闪烁。如Bawendi课题组在2.2nm厚的CdSe上仅生长2.4nm(～7层)的CdS就较好地抑制了荧光闪烁；Peng课题组将所需壳层的厚度进一步降低，只需要4层就可以非常好的抑制荧光闪烁，从而得到了从4层到16层的一整套的CdSe/CdS红光量子点系列，以此类量子点为基础所构建的红色量子点发光二极管(R-QLED)的外量子效率(EQE)高达20.5％，且在100cdm-2亮度下的寿命也能达到100,000小时以上；除此之外，Klimov课题组所开发的CdSe/CdSeS/CdS的合金结构量子点，以及Nie课题组所开发的CdSe/CdZnSe/ZnSe的合金结构量子点也均能在一定程度上抑制荧光闪烁。然而，如何有效抑制量子点的光漂白现象，提高量子点在空气中的稳定性，一直是个悬而未解的问题。一般认为，量子点光漂白现象的产生应该与量子点表面的不可逆光化学反应有关。按照光化学基本原理，任何表面光化学过程都需要光生载流子(空穴或者电子)的参与，用量子化学语言表达，光化学过程要求光生电子和空穴的波函数有效地离域到量子点表面。于是，波函数限域的量子点应该能够更好地抑制光漂白过程。在现有的文献报道中，通过将量子点包埋在聚合物(如PMMA)中，能够在一定程度上抑制光漂白现象的发生，然而，包埋在聚合物(如PMMA)的量子点，由于这类聚合物的绝缘性质，量子点将不再具有导电性，因此包埋在聚合物里的量子点将无法适用于量子点发光二极管(QLED)。在现有文献报道中，基于CdSe为核的量子点，常见的壳层材料为ZnS、CdS、ZnSe。其中，CdS材料由于价带宽度与CdSe较为接近，能提供的激子态波函数限域能力有限。相比于CdS，能提供更低导带和更高价带的壳层材料是ZnS，理论上而言将具有更好的波函数限域能力。而在现有的研究中，各大课题组也普遍认为，以ZnS为壳层的量子点能够有效地抑制光漂白现象。但是，ZnS和CdSe有着非常大的晶格不匹配度(11％)，这就意味着直接用ZnS作为CdSe的壳层时，最终得到的量子点中存在着非常多的晶格张力和位错，这将导致质量低劣的外延生长、出现对优良光荧光性质不利的缺陷，从而无法得到高光学质量的量子点，如直接合成的CdSe/ZnS量子点，将存在发光效率低，半峰宽宽等问题。因此，在现有技术中，为了实现耐光漂白、高空气稳定性的量子点的合成，比较普遍的方式是在壳层中引入一定厚度的CdS或者CdZnS作为过渡层，再在此基础上包覆ZnS来加以实现。如Talapin课题组所开发的CdSe/CdS/ZnS量子点，Peng课题组所开发的梯度合金CdSe/Zn0.5Cd0.5S/ZnS量子点，其中Zn0.5Cd0.5S为多层；或者直接在CdSe表面包覆均匀合金的ZnCdS作为壳层合成的均匀合金CdSe/CdZnS量子点，上述几种结构的量子点在一定程度上均能够抑制光漂白的问题。然而由于在合成过程中，CdSe与CdZnS，CdS与ZnS之间，依然存在着一定程度的晶格不匹配度，导致上述合成的红光量子点的发光效率(QY)一般在80％以下，半峰宽(FWHM)在25nm～30nm甚至更宽，其光学质量较CdSe/CdS结构的红光量子点(QY接近100％，FWHM在25nm以下，一般在20～22nm之间)存在这着明显的劣势。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种红光量子点、其合成方法及量子点发光二极管，以解决现有技术中的红光量子点不能兼具耐光漂白、高稳定性以及高发光效率的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种量子点的合成方法，包括：步骤S1，提供含CdSe量子点核的溶液；步骤S2，在CdSe量子点核上外延生长多个ZnxCd1-xS单层壳，在远离CdSe量子点核的方向上，各ZnxCd1-xS单层壳的x由0逐渐增加且最大值取0.5～0.8之间的数值，得到含CdSe/ZnxCd1-xS量子点的体系；可选的步骤S3，对步骤S2的CdSe/ZnxCd1-xS量子点再继续包覆ZnS壳层。进一步地，上述步骤S2包括：向含CdSe量子点核的溶液中加入镉-硫混合前体和第一锌-硫混合前体，其中镉-硫混合前体的加入量以及第一锌-硫混合前体的加入量随着时间推移使CdZnS壳层的Cd所占比例从1逐渐降低至1-x，以及Zn所占比例从0开始逐渐增加至x。进一步地，上述步骤S2包括：将含CdSe量子点核的溶液升温至250～310℃，得到热溶液；向热溶液中分三个时间段加入镉-硫混合前体，其中，加入镉-硫混合前体的方式选自以下任意一种：方式1)控制镉-硫混合前体与CdSe量子点核的摩尔比n1在第一时间段为m*103：1，在第二时间段为：0.75m*103：1≤n1＜m*103：1，在第三时间段为：0.2m：1≤n1＜0.75m*103：1，m的数值范围为20～80，每个时间段时长相同，且每个时间段时长为0.5h～2h；方式2)控制镉-硫混合前体与CdSe量子点核的摩尔比在第一时间段、第二时间段和第三时间段的比值相同且均为m*103：1，m的数值范围为20～80，且每个时间段时长为0.5h～2h。进一步地，上述步骤S2包括：从镉-硫混合前体加入的第二时间段开始，向热溶液中开始分四个子阶段加入第一锌-硫混合前体，其中，加入的第一锌-硫混合前体与CdSe量子点核的摩尔比n2在第一子阶段为n*103：1，在第二子阶段为1.33n*103：1，在第三子阶段为1.67n*103：1，在第子四阶段为2n*103：1，n的范围为8～80，每个子阶段时长相同，且每个子阶段时长为0.25h～1h。进一步地，上述ZnS壳层的数量为0～5层，步骤S3包括：加入第二锌-硫混合前体至含CdSe/ZnxCd1-xS量子点的体系中，其中通过调整第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子点的合成方法，其特征在于，包括：步骤S1，提供含CdSe量子点核的溶液；步骤S2，在所述CdSe量子点核上外延生长多个ZnxCd1‑xS单层壳，在远离所述CdSe量子点核的方向上，各所述ZnxCd1‑xS单层壳的x由0逐渐增加且最大值取0.5～0.8之间的数值，得到含CdSe/ZnxCd1‑xS量子点的体系；可选的步骤S3，对步骤S2所述的CdSe/ZnxCd1‑xS量子点再继续包覆ZnS壳层。

【技术特征摘要】
2018.05.11 CN 20181045088491.一种量子点的合成方法，其特征在于，包括：步骤S1，提供含CdSe量子点核的溶液；步骤S2，在所述CdSe量子点核上外延生长多个ZnxCd1-xS单层壳，在远离所述CdSe量子点核的方向上，各所述ZnxCd1-xS单层壳的x由0逐渐增加且最大值取0.5～0.8之间的数值，得到含CdSe/ZnxCd1-xS量子点的体系；可选的步骤S3，对步骤S2所述的CdSe/ZnxCd1-xS量子点再继续包覆ZnS壳层。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2包括：向所述含CdSe量子点核的溶液中加入镉-硫混合前体和第一锌-硫混合前体，其中所述镉-硫混合前体的加入量以及所述第一锌-硫混合前体的加入量随着时间推移使CdZnS壳层的Cd所占比例从1逐渐降低至1-x，以及Zn所占比例从0开始逐渐增加至x。3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述含CdSe量子点核的溶液升温至250～310℃，得到热溶液；向所述热溶液中分三个时间段加入所述镉-硫混合前体，其中，加入所述镉-硫混合前体的方式选自以下任意一种：方式1)控制所述镉-硫混合前体与所述CdSe量子点核的摩尔比n1在第一时间段为m*103：1，在第二时间段为：0.75m*103：1≤n1＜m*103：1，在第三时间段为：0.2m*103：1≤n1＜0.75m*103：1，所述m的数值范围为20～80，每个所述时间段时长相同，且每个所述时间段时长为0.5h～2h；方式2)控制所述镉-硫混合前体与所述CdSe量子点核的摩尔比在第一时间段、第二时间段和第三时间段的比值相同且均为m*103：1，所述m的数值范围为20～80，且每个所述时间段时长为0.5h～2h。4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2包括：从所述镉-硫混合前体加入的第二时间段开始，向所述热溶液中开始分四个子阶段加入所述第一锌-硫混合前体，其中，加入的所述第一锌-硫混合前体与所述CdSe量子点核的摩尔比n2在第一子阶段为n*103：1，在第二子阶段为1.33n*103：1，在第三子阶段为1.67n*103：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小朋，邵蕾，谢阳腊，
申请(专利权)人：纳晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33