一种量子点薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种量子点薄膜及其制备方法和应用，其中，所述量子点薄膜包括介质以及分散在所述介质中的量子点，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。本发明专利技术解决了现有无镉量子点薄膜发光效率不高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种量子点薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及量子点材料制备
，尤其涉及一种量子点薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
目前量子点材料通过不同工艺和方法形成薄膜后被广泛应用于显示领域。例如，将红绿色量子点分散于特定的高分子树脂中，再通过成膜固化或者灌装固化，可形成相应的量子点背光膜，广泛应用于高色域液晶电视的背光源。例如，将量子点通过旋涂或者打印的方式在量子点发光二极管器件（QLED）中制成薄膜，可以实现高亮度、低功率、高色域的量子点电致发光显示。但无论是哪一种应用方式，应用的效果和性能都与所用的量子点发光材料自身的发光性能密切相关。比如，目前基于含镉量子点的红绿蓝三基色QLED器件效率均已超过10%，并且接近或者已经达到20%的理论极限值；而基于无镉量子点的QLED器件效率要远远低于含镉量子点QLED器件，最高报道效率为绿色无镉QLED器件所达到的3%的效率，红色无镉QLED器件效率仅为2%，而蓝色无镉QLED器件还未有报道。这是由于无镉量子点在自身发光性能上还远低于经典含镉量子点造成的。因为量子点是一种在三个维度尺寸上均被限制在纳米数量级的特殊材料，其表面存在着大量的悬挂键（danglingbonds），这些悬挂键中一部分连接着反应过程中所加入的有机配体（例如有机胺类、有机羧酸类、有机膦、硫醇等），另一部分则暴露于外界环境，容易与外界环境发生反应，同时暴露的悬挂键会在能带隙中形成缺陷态和缺陷能级，造成非辐射跃迁损失并导致量子点发光效率降低。通常会通过在暴露的悬挂键上连接有机配体或者在暴露的悬挂键外继续生长无机外半导体壳层，以尽可能地消除量子点表面暴露的悬挂键，从而有效钝化量子点，提高量子点发光效率。在光电领域的半导体量子点材料体系中，无镉量子点因为具有量子点优异的发光特性且不含重金属镉（Cd）而越来越受到关注。目前无镉量子点的制备采用的是与含镉量子点类似的金属有机物热分解热注入法，在量子点结构设计上也同样采用核壳结构来提高无镉量子点的发光效率和材料稳定性。但是由于无镉量子点核、制备所使用的前驱体种类和活性等方面与含镉量子点所存在的差异，使得无镉量子点在核壳结构体系的形成中晶体缺陷较无镉量子点严重，尺寸分布也不及无镉量子点均匀，进而造成无镉量子点的性能要大大落后于含镉量子点。已有技术已经针对上述问题对无镉量子点的核壳结构设计和制备方法进行了优化。在专利US8247073B2中公开了一种具有非半导体缓冲半导体壳层的无镉量子点核壳结构，即在无镉量子点的内核和外壳之间插入了一层非半导体的硫族元素缓冲中间半导体壳层，可以改善无镉量子点的发光性能。但在该公开专利的实施例效果中绿色无镉量子点的发光量子产率仍均低于50%，发光峰宽在40-50纳米之间，相比于含镉量子点体系（绿色含镉量子点量子产率一般在70%以上）仍有一定差距。因此需要进一步针对无镉量子点在核壳结构组成、前驱体种类和活性等方面的自身特点，有针对性地设计适合于无镉量子点的核壳结构和制备方法，继续提升无镉量子点的发光性能，从而提升基于无镉量子点的薄膜的性能和应用效果。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种量子点薄膜及其制备方法和应用，旨在解决现有无镉量子点薄膜发光效率不高的问题。本专利技术的技术方案如下：一种量子点薄膜，其中，包括介质以及分散在所述介质中的量子点，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Cd、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。所述的量子点薄膜，其中，所述量子点薄膜中，所述量子点的质量分数为0.01~40.0%，所述介质的质量分数为60.0%~99.99%。所述的量子点薄膜，其中，所述量子点核的材料选自III-V族半导体材料或III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料。所述的量子点薄膜，其中，所述半导体壳层的材料为II-VI族半导体材料；和/或所述半导体壳层的II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。所述的量子点薄膜，其中，所述量子点核的材料选自InP或InGaP，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga。所述的量子点薄膜，其中，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料，所述金属层的金属元素选自Zn；和/或所述III-V族半导体材料和II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料选自InPZnS、InPZnSe、InPZnSeS、InGaPZnSe、InGaPZnS和InGaPZnSeS中的一种。所述的量子点薄膜，其中，所述量子点核的粒径为4-6nm，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga，所述量子点为绿光量子点或红光量子点。所述的量子点薄膜，其中，所述量子点的粒径为4-8nm。一种量子点薄膜的制备方法，其中，包括：在含有分散剂和溶剂的反应体系中，使非金属前驱体和第一金属前驱体反应形成量子点核溶液；向所述量子点核溶液中加入第二金属前驱体，在量子点核表面形成金属层；在所述金属层表面形成半导体壳层，得到量子点；将所述量子点与介质均匀混合，然后制成薄膜，即得到量子点薄膜；其中，所述第二金属前驱体选自Zn元素的前驱体、Hg元素的前驱体、Al元素的前驱体、Ga元素的前驱体和In元素的前驱体中的一种或多种。一种所述量子点薄膜的应用，其中，将所述量子点薄膜作为功能材料用于制备半导体器件有益效果：本专利技术提供了一种量子点薄膜，包括介质以及分散在所述介质中的量子点，所述量子点包括量子点核，全部或部分包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层或包覆金属层和所述量子点核的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。所述金属层能够以量子点核表面的配体作为连接纽带，从而与量子点核相键合，促使量子点核表面活化，有利于进一步的量子点半导体壳层生长反应；同时所述金属层中的金属原子与量子点核通过上述键合所形成的晶体结构，能够有效地钝化量子点核表面、减少其表面缺陷以及减小核壳之间的晶格失配，从而增强了量子点的发光效率和尺寸均匀性；所述量子点外半导体壳层包覆在所述金属层外面，能够有效钝化金属层表面并减少其表面缺陷，同时金属层中的部分金属原子还能够与量子点外半导体壳层上的阴离子通过化学键结合形成晶体结构，从而减小量子点核壳之间的晶体失配，进一步提高量子点材料的发光效率和尺寸均匀性，能够使得量子点薄膜取得良好的性能，因而更能满足半导体应用对量子点材料的综合性能要求，是一种适合半导体器件及显示技术的理想量子点发光材料。附图说明图1为本专利技术量子点一种较佳实施例的结构示意图。图2为本专利技术量子点另一种较佳实施例的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种量子点薄膜及其制备方法和应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种量子点薄膜，其中，包括介质以及分散在所述介质中的量子点，所述的量子点薄膜中，所述量子点的质量分数为0.01~40.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子点薄膜，其特征在于，包括介质以及分散在所述介质中的量子点，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种量子点薄膜，其特征在于，包括介质以及分散在所述介质中的量子点，所述量子点包括量子点核，包覆所述量子点核的金属层，包覆所述金属层的半导体壳层，其中，所述金属层中的金属元素选自Zn、Hg、Al、Ga和In中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点薄膜中，所述量子点的质量分数为0.01~40.0%，所述介质的质量分数为60.0%~99.99%。3.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点核的材料选自III-V族半导体材料或III-V族半导体材料与II-VI族半导体材料所组成的合金半导体材料。4.根据权利要求1所述的量子点材料，其特征在于，所述半导体壳层的材料为II-VI族半导体材料；和/或所述半导体壳层的II-VI族半导体材料选自ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSe、HgS、HgTe、HgSeS、HgSeTe和HgSTe中的一种。5.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点核的材料选自InP或InGaP，所述金属层中的金属元素选自Zn或Ga。6.根据权利要求1所述的量子点，其特征在于，所述量子点核的材料为III-V族半导体材料和II...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨一行，聂志文，
申请(专利权)人：TCL集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44