一种ZnO/PVK-TFB杂化LED及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ZnO/PVK-TFB杂化LED及其制备方法，该方法包括两个利用石墨烯的环节，分别是以氮掺杂的石墨烯作为功能层，和以氮掺杂的石墨烯作为填充物；具体的，以氮掺杂的石墨烯作为功能层，是指将氮掺杂的石墨烯悬浊液旋涂到预留部分电极掩膜的ITO玻璃上，得到的石墨烯功能层厚度约50纳米。以氮掺杂的石墨烯作为填充物，是指将氮掺杂的石墨烯悬浊液旋涂到ZnO纳米阵列的缝隙中；采用本发明专利技术的方法，在同样的输入功率下能显著提高ZnO/PVK-TFB杂化LED发光强度数倍。

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO/PVK-TFB杂化LED及其制备方法
本专利技术涉及半导体材料及其制备领域，具体涉及一种ZnO/PVK-TFB杂化LED及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(简称LED)已被世界各国公认为下一代照明技术。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。利用无机半导体和有机半导体组成的LED器件叫做杂化LED，和单纯的无机LED或者有机LED相比，杂化LED能克服无机半导体和有机半导体各自掺杂上的困难，能获得比无机LED更低的生产成本和比有机LED更好的稳定性。ZnO/PVK-TFB杂化LED是一种能发出广谱光线的LED，由无机半导体材料ZnO和有机半导体材料PVK-TFB构成。其中ZnO作为p区材料，PVK-TFB作为n区材料，两者组合构成pn结结构的LED器件。瑞典科学家A.Wadeasa在文献(A.Wadeasa,S.L.Beegum,etal.,ApplPhysA(2009)95:807–812)中报道了ZnO/PVK-TFB杂化LED的电致发光，其波长范围很广，能无需荧光粉配合直接用于照明。但是，目前所报道的ZnO/PVK-TFB杂化LED的发光强度仍然较弱，迫切需要提高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供一种ZnO/PVK-TFB杂化LED及其制备方法，该方法以氮掺杂的石墨烯作为功能层和填充物有效提高了ZnO/PVK-TFB杂化LED发光强度。目前尚未见相同或相近的专利和文献报道。本专利技术的具体技术方案：一种ZnO/PVK-TFB杂化LED，该IED为pn结结构的LED器件，ZnO作为p区材料，PVK-TFB作为n区材料，所述的p区材料还包括掺有N的石墨烯材料。具体的，按原子质量百分比计，所述的掺有N的石墨烯材料中N的浓度为3％。更具体的，所述的p区材料包括由上到下设置的氧化锌矩阵层和功能层，所述的氧化锌矩阵层包括氧化锌矩阵和填充在氧化锌矩阵中掺有N的石墨烯材料，功能层由上到下包括氧化锌材料层和掺有N的石墨烯材料层。另外，所述的氧化锌矩阵层的厚度为0.5～1μm，氧化锌材料层的厚度为100～300nm，掺有N的石墨烯材料层厚度为100～300nm。进一步的，包括将掺有N的石墨烯材料旋涂到ITO玻璃上得到掺有N的石墨烯材料层，在掺有N的石墨烯材料层上生长氧化锌材料层，再在氧化锌材料层上利用水热法生长ZnO纳米阵列，将掺有N的石墨烯材料旋涂到ZnO纳米阵列的缝隙中；将PVK-TFB混合液旋涂到ZnO纳米阵列顶端得到PVK-TFB层；再将PEDOT:PSS液旋涂到PVK-TFB层上得到PEDOT:PSS层。更进一步的，所述的PVK-TFB层的厚度为200～500nm，PEDOT:PSS层的厚度为100～300nm。且，所述的制备掺有N的石墨烯材料的方法包括在质量分数为98％的浓硫酸中加入50g/L石墨粉末和20g/L高锰酸钾得到混合溶液，将混合溶液依次在10℃、30℃和90℃下各搅拌1小时后加入与混合溶液等体积的质量分数为30％的双氧水，静置5天后取出沉淀物氧化石墨，在氧化石墨中加入与氧化石墨等质量的三聚氰胺混合，超声处理2小时离心过滤后烘干得到固体物，将固体物在1000摄氏度氮气保护下热处理1小时，即得掺杂N的石墨烯粉末。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过在原有的ZnO/PVK-TFB杂化LED的p区结构中加入了掺有N的石墨烯材料，分别作为功能层和氧化锌纳米阵列中的填充物，在同样的输入功率下提高ZnO/PVK-TFB杂化LED发光强度数倍；(2)另外，本专利技术还改变了原有的制作ZnO/PVK-TFB杂化LED的方法，先在ITO玻璃上旋涂一层掺有N的石墨烯层、之后是氧化锌层和在氧化锌层上生长的氧化锌矩阵，在矩阵中填充掺有N的石墨烯材料，再在氧化锌矩阵顶旋涂PVK-TFB层和PEDOT:PSS层，得到本专利技术的IED器件，这种制备方法利用ITO作为基片兼导电层，由于ITO是透明材料不影响出光，因此可以与氧化锌矩阵大面积接触，与原方案的不透明金属电极和氧化锌矩阵点状接触相比，这种大面积接触在理论上可以改善器件中氧化锌矩阵的电流输入特性，从而增强发光效率；(3)本专利技术的方法过程简单安全、所用设备和原料价格低廉，对器件的性能提高明显而成本提高很少。附图说明图1是实施例一所制备的ZnO/PVK-TFB杂化LED的结构图。图2是各实施所制备的ZnO/PVK-TFB杂化LED的EL发光谱。以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。具体实施方式根据目前所报道的ZnO/PVK-TFB杂化LED的发光强度仍然较弱，迫切需要提高其发光强度的需求，本专利技术的ZnO/PVK-TFB杂化LED为pn结结构的LED器件，ZnO作为p区材料，PVK-TFB作为n区材料，p区材料还包括掺有N的石墨烯材料，具体的p区材料包括由上到下设置的氧化锌矩阵层和功能层，所述的氧化锌矩阵层包括氧化锌矩阵和填充在氧化锌矩阵中掺有N的石墨烯材料，功能层由上到下包括氧化锌材料层和掺有N的石墨烯材料层，在同样的输入功率下提高ZnO/PVK-TFB杂化LED发光强度数倍；现有的制备ZnO/PVK-TFB杂化LED的过程是在玻璃基片上旋涂PEDOT:PSS材料后，再旋涂PVK-TFB材料，然后在其上用水热法生长氧化锌矩阵层，最后在氧化锌矩阵层顶部制备金属电极。本专利技术还改变了原有的制作ZnO/PVK-TFB杂化LED的方法，先在ITO玻璃上旋涂一层掺有N的石墨烯层、之后是氧化锌层和在氧化锌层上生长的氧化锌矩阵，在矩阵中填充掺有N的石墨烯材料，再在氧化锌矩阵顶旋涂PVK-TFB层和PEDOT:PSS层，得到本专利技术的IED器件，这种制备方法利用ITO作为基片兼导电层，由于ITO是透明材料不影响出光，因此可以与氧化锌矩阵大面积接触，与原方案的不透明金属电极和氧化锌矩阵点状接触相比，这种大面积接触在理论上可以改善器件中氧化锌矩阵的电流输入特性，从而增强发光效率。PEDOT:PSS是掺杂PSS后的PEDOT高分子聚合物，具有优良的导电率。随着掺杂PSS的量不同的材料导电率也不同。本专利技术采用的PEDOT:PSS溶液购自武汉思诺富宏科技有限公司。氧化锌矩阵层的厚度为0.5～1μm，氧化锌材料层的厚度为100～300nm，掺有N的石墨烯材料层厚度为100～300nm。PVK-TFB层的厚度为200～500nm，PEDOT:PSS层的厚度为100～300nm。从理论上来说，各层厚度太大会影响出光，厚度太小会影响电学输运特性，因此需要合适的厚度。实施例1：步骤1：利用氧化还原法制备掺杂N的石墨烯粉末，步骤如下：在质量分数98％浓硫酸中加入50g/L石墨粉末和20g/L高锰酸钾得到混合溶液，将混合溶液依次在10/30/90摄氏度下各搅拌1小时后加入等体积的质量分数为30％双氧水，静置5天后取出沉淀物氧化石墨，加入等质量的三聚氰胺混合，超声处理2小时离心过滤后烘干得到固体物，将固体物在1000摄氏度氮气保护下热处理1小时，得到掺杂N的石墨烯粉末，再将石墨烯粉末溶于酒精得到质量百分比为20％的石墨烯悬浊液；步骤2：将步骤1制备出的石墨烯悬浊液旋涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnO/PVK‑TFB杂化LED，该IED为pn结结构的LED器件，ZnO作为p区材料，PVK‑TFB作为n区材料，其特征在于，所述的p区材料还包括掺有N的石墨烯材料。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/PVK-TFB杂化LED，该LED为pn结结构的LED器件，ZnO作为p区材料，PVK-TFB作为n区材料，其特征在于，所述的p区材料还包括掺有N的石墨烯材料。2.如权利要求1所述的ZnO/PVK-TFB杂化LED，其特征在于，按原子质量百分比计，所述的掺有N的石墨烯材料中N的浓度为3％。3.如权利要求1所述的ZnO/PVK-TFB杂化LED，其特征在于，所述的p区材料包括由上到下设置的氧化锌矩阵层和功能层，所述的氧化锌矩阵层包括氧化锌矩阵和填充在氧化锌矩阵中掺有N的石墨烯材料，功能层由上到下包括氧化锌材料层和掺有N的石墨烯材料层。4.如权利要求3所述的ZnO/PVK-TFB杂化LED，其特征在于，所述的氧化锌矩阵层的厚度为0.5～1μm，氧化锌材料层的厚度为100～300nm，掺有N的石墨烯材料层厚度为100～300nm。5.制备权利要求1、2、3或4所述的ZnO/PVK-TFB杂化LED的方法，其特征在于，包括将掺有N的石墨烯材料旋涂到ITO玻璃上得到掺有N的石墨烯材料层，在掺有N的石墨烯材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：段理，樊继斌，于晓晨，田野，程晓姣，何凤妮，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61