[发明专利]薄膜形成方法和量子点设备

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜形成方法和量子点设备，更详细而言，涉及形成在量子点的表面配位有载流子输送性的表面活性剂的量子点层的薄膜形成方法、及具有所述量子点层的光电转换设备等量子点设备。

背景技术

作为粒径为10nm以下的超微粒的量子点，载流子（电子、空穴）的约束性优异，因此能够通过电子-空穴的再次结合容易地生成激子。因此可期待来自自由激子的发光，并能够实现发光效率高且发光光谱尖锐的发光。另外，由于量子点可利用量子尺寸效应在大的波长范围进行控制，所以对半导体激光、发光二极管（LED）等发光器件的应用备受瞩目。

然而，胶体量子点在液相中进行化学合成，并且通常为了不使量子点彼此凝聚，而用表面活性剂的有机分子覆盖其表面。即，胶体量子点有如下缺点：由于起因于有机分子的表面活性剂的低导电性而电位势垒大，因此介由载流子（空穴和电子）的光电转换效率低。

另外，使用导电性高分子或金属系材料作为表面活性剂时，通过施加电压，被注入到电极的载流子以从阳极到阴极、或从阴极到阳极的方式从表面活性剂中通过，结果难以有效地将上述载流子约束在量子点内。

图13是设想使用了导电性表面活性剂的光电转换器件的示意图。

该光电转换器件，在形成于阳极101的上表面的空穴输送层102和形成于阴极103的下表面的电子输送层104之间夹设有量子点层105。而且，该量子点层105为了不使由核部106与壳部107构成的量子点108彼此凝聚，其表面被导电性表面活性剂109覆盖。即，量子点层105具有排列设置有多个量子点108的层叠结构，在量子点108之间夹设有导电性表面活性剂109。

于是，如果在阳极101和阴极103之间施加电压，则在阳极101注入空穴，在阴极103注入电子。而且，如箭头a和箭头b所示，作为载流子的空穴和电子从导电性表面活性剂109中通过，没被约束在量子点108内的空穴被输送到阴极103方向、电子被输送到阳极101方向。即，使用导电性表面活性剂109时，载流子仅仅形成通电而不能将载流子约束在量子点108内。

另外，也研究、开发了使用具有空穴输送性和电子输送性两者的配体的表面活性剂的技术。

例如，专利文献1中提出了一种纳米粒子发光材料，具有局部存在于量子点表面的由至少2种配体构成的表面活性剂，上述配体中，至少1种是空穴输送性配体，至少1种是电子输送性配体。

在该专利文献1中，通过使具有电子输送性的配体与具有空穴输送性的配体两者在纳米粒子表面配位，能够抑制在配体间的电荷输送，由此实现对纳米粒子内的电荷注入效率的提高。

另外，在专利文献1中，采用如图14所示的方法制作属于纳米粒子的量子点分散溶液。

首先，在原料溶液制作工序111中，制作CdSe纳米粒子的三氯甲烷分散溶液。具体而言，在被TOPO（三辛基氧化膦）表面覆盖的CdSe纳米粒子的甲苯分散溶液中加入甲醇并搅拌，之后，离心分离生成CdSe纳米粒子，除去上清液之后，干燥沉淀出来的CdSe纳米粒子，之后，加入三氯甲烷，由此制作CdSe纳米粒子的三氯甲烷分散溶液，即原料溶液。

接着，在表面活性剂添加工序112中，将含有空穴输送性配体的表面活性剂（例如，α-NPD衍生物）、以及含有电子输送性配体的表面活性剂（例如，BPhen）添加到上述原料溶液中。

然后，在配体取代工序113中，在室温、遮光条件下，在氮环境中搅拌规定时间，静置，进行配体取代操作，用空穴输送性表面活性剂和电子输送性表面活性剂覆盖CdSe纳米粒子的表面。

接着，在浮游配体除去工序114中，除去被取代而浮游在溶液中不需要的配体。该浮游配体除去工序114具有不良溶剂添加处理114a和上清液除去处理114b两个处理工序，在不良溶剂添加处理114a中，适量添加甲醇等不良溶剂而生成沉淀物，接着在上清液除去处理114b中与上清液一起除去浮游配体。然后，重复多次由这些不良溶剂添加处理114a和上清液除去处理114b组成的一系列处理工序，由此精制CdSe的微粒粉末。

然后，在再分散工序115中，向CdSe的微粒粉末添加三氯甲烷等分散溶剂使其再分散，由此获得分散有纳米粒子发光材料的、透明的量子点分散溶液。

即，在空穴输送性配体与电子输送性配体共存的溶液中进行配体取代时，被取代的不需要的配体浮游在溶液中。因此，如果直接采用该溶液制作薄膜，则大量的浮游配体侵入到膜中而有可能损害功能。