一种近红外发光二极管及其制备方法

1.本发明涉及光电材料技术领域，特别涉及一种近红外发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.随着智能传感、公共安全、航空航天以及生物医疗等行业的快速发展，迫切需要开发环境友好且性能优异的近红外电子器件。基于有机半导体材料的新型近红外有机发光二极管(near-infrared organic light-emitting diode，nir oled)，由于结构简单、自发光、色可调、环境友好等特性而备受关注。
3.然而，当有机分子发光波长趋近到近红外时，受制于能隙规则，往往引起激子-振动耦合淬灭。相比可见光oled，近红外器件内部存在更多的能量损耗，发光效率较低。
4.因此，开展全溶液加工的高效率纯有机nir oled的能量调控研究，对于材料的选择、器件结构的设计、制备工艺的优化、器件性能的提高都具有科学指导价值。特别是通过降低全溶液加工nir oled器件内部的能量损耗，改善nir辐射发光性能，对全印刷的纯有机nir oled大面积生产以及商业化应用意义重大。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种近红外发光二极管及其制备方法，用以解决现有技术中没有比较可靠的针对近红外二极管内部能量损耗较大，发光效率较低的问题。
6.一方面，本发明实施例提供了一种近红外发光二极管，包括：
7.从下而上依次设置的阳极、空穴传输层、三元近红外发光层、电子传输层和阴极。
8.所述三元近红外发光层采用f8bt：pidt-2tpd：btt
*
。
9.另一方面，本发明实施例提供了一种近红外发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
10.a、将透明导电玻璃基片进行清洗，形成阳极。
11.b、将有机半导体材料溶液旋涂在所述阳极上，形成空穴传输层。
12.c、将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
溶于甲苯溶液中，得到三元近红外发光层溶液，将所述三元近红外发光层溶液旋涂在所述空穴传输层上，形成三元近红外发光层。
13.d、将tpbi溶液旋涂在所述三元近红外发光层上，形成电子传输层。
14.e、在所述电子传输层上蒸镀金属，形成阴极，从而得到近红外发光二极管。
15.在一种可能的实现方式中，在步骤c和步骤d之间，还采用溶液处理的界面修饰方法引入钝化层，所述钝化层采用聚乙烯亚胺。
16.在一种可能的实现方式中，步骤a包括：将透明导电玻璃基片进行清洗，得到清洗完成的透明导电玻璃基片，将所述清洗完成的透明导电玻璃基片放入烘箱进行烘干，并进行表面等离子活化处理，形成阳极。
17.在一种可能的实现方式中，步骤b包括：将有机半导体材料溶液依次进行过滤和超声处理，然后旋涂在所述阳极上，进行热退火处理，形成空穴传输层。
18.在一种可能的实现方式中，步骤c包括：将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
溶于甲苯溶液中，得到三元近红外发光层溶液，将所述三元近红外发光层溶液采用一步旋涂法旋涂在所述空穴传输层上，进行退火处理，形成三元近红外发光层。
19.在一种可能的实现方式中，步骤c中，f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的重量比例为1：1％-10％：0.5％-5％。
20.在一种可能的实现方式中，步骤d包括：将tpbi溶于氯苯溶液中，得到tpbi溶液，将所述tpbi溶液旋涂在所述三元近红外发光层上，形成电子传输层。
21.在一种可能的实现方式中，步骤e包括：在所述电子传输层上依次真空热蒸镀金属电极修饰层和金属电极，形成阴极，从而得到近红外发光二极管。
22.本发明中的一种近红外发光二极管及其制备方法，具有以下优点：
23.提出的三元近红外发光层采用f8bt：pidt-2tpd：btt
*
，通过调控f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的混合重量比例，从而最大化共振能量转移，降低了近红外发光二极管的能量损耗，提高了发光效率；提出的采用溶液处理的界面修饰方法引入钝化层，所述钝化层采用聚乙烯亚胺，抑制了界面互溶。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例1提供的一种近红外发光二极管的结构示意图；
26.图2为本发明实施例1提供的f8bt的分子结构示意图；
27.图3为本发明实施例1提供的pidt-2tpd的分子结构示意图；
28.图4为本发明实施例1提供的btt
*
的分子结构示意图；
29.图5为本发明实施例1提供的发光层原理级联式能量传递过程示意图；
30.图6为本发明实施例1提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的光致发光性能图；
31.图7为本发明实施例1提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的电致发光性能图；
32.图8为本发明实施例2提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的电致发光性能图；
33.图9为本发明实施例3提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的电致发光性能图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1：
36.图1为本发明实施例1提供的一种近红外发光二极管的结构示意图；图2为本发明实施例1提供的f8bt的分子结构示意图；图3为本发明实施例1提供的pidt-2tpd的分子结构示意图；图4为本发明实施例1提供的btt
*
的分子结构示意图；图5为本发明实施例1提供的
发光层原理级联式能量传递过程示意图；图6为本发明实施例1提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的光致发光性能图。本发明实施例提供了一种近红外发光二极管，包括：
37.从下而上依次设置的阳极、空穴传输层、三元近红外发光层、电子传输层和阴极。
38.所述阳极的厚度为100-150nm；所述阳极采用透明导电玻璃基片。
39.所述空穴传输层的厚度为30-50nm；所述空穴传输层采用有机半导体材料。
40.所述三元近红外发光层的厚度为5-100nm；所述三元近红外发光层采用f8bt：pidt-2tpd：btt
*
。
41.所述电子传输层的厚度为30-60nm；所述电子传输层采用tpbi。
42.所述阴极的厚度为80-200nm；所述阴极采用金属电极修饰层和金属电极。
43.具体地，所述透明导电玻璃基片包括ito、fto等，本实施例采用ito作为透明导电玻璃基片；所述有机半导体材料包括pedot:pss、pvk、tfb中的一种或多种，本实施例采用pedot:pss作为有机半导体材料；本实施例采用ca作为金属电极修饰层材料，al作为金属电极材料，在其它可能的实施例中，还可以选择其它金属电极修饰层材料和其它金属电极材料。
44.本发明实施例还提供了一种近红外发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
45.a、将透明导电玻璃基片进行清洗，得到清洗完成的透明导电玻璃基片，将所述清洗完成的透明导电玻璃基片放入烘箱进行烘干，并进行表面等离子活化处理，形成阳极。
46.b、将有机半导体材料溶液依次进行过滤和超声处理，然后旋涂在所述阳极上，进行热退火处理，形成空穴传输层。
47.c、将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
溶于甲苯溶液中，得到三元近红外发光层溶液，将所述三元近红外发光层溶液采用一步旋涂法旋涂在所述空穴传输层上，进行退火处理，形成三元近红外发光层。
48.d、将tpbi溶于氯苯溶液中，得到tpbi溶液，将所述tpbi溶液旋涂在所述三元近红外发光层上，形成电子传输层。
49.e、在所述电子传输层上依次真空热蒸镀金属电极修饰层和金属电极，形成阴极，从而得到近红外发光二极管。
50.示例性地，在步骤c和步骤d之间，还采用溶液处理的界面修饰方法引入钝化层，所述钝化层采用聚乙烯亚胺。
51.示例性的，步骤a中，所述透明导电玻璃基片的大小为24mm
×
19mm、方阻为15ω/sq。
52.示例性地，步骤a中，所述将透明导电玻璃基片进行清洗包括：将透明导电玻璃基片分别用洗洁精、超纯水、乙醇、丙酮和异丙醇在超声波清洗机中进行清洗5分钟，然后停止5分钟，连续操作三次，得到清洗完成的透明导电玻璃基片。
53.示例性地，步骤b中，所述将有机半导体材料溶液依次进行过滤和超声处理包括：将有机半导体材料溶液用一次性针管和0.22μm水性过滤器进行过滤，然后放入超声波清洗机中连续超声1h。
54.步骤b中，所述旋涂在所述阳极上包括：将过滤并超声处理后的有机半导体材料溶液以1000-5000rpm/min的转速旋涂在所述阳极上30-90s。
55.步骤b中，所述进行热退火处理包括：进行100-150℃下热退火20min。
56.具体地，在本实施例中，将过滤并超声处理后的有机半导体材料溶液以3000rpm/min旋涂在所述阳极上60s，进行130℃下热退火20min。
57.示例性地，步骤c中，所述将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
溶于甲苯溶液中，得到三元近红外发光层溶液包括：将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
以1：1％-10％：0.5％-5％的重量比例溶于体积为1ml的甲苯溶液中，并置于25℃手套箱内搅拌6h，得到得到浓度为10mg/ml的三元近红外发光层溶液。
58.步骤c中，所述将所述三元近红外发光层溶液采用一步旋涂法旋涂在所述空穴传输层上包括：将所述三元近红外发光层溶液以1000-5000rpm/min的转速旋涂在所述空穴传输层上。
59.步骤c中，所述进行退火处理包括：进行20-200℃下退火20min。
60.图7为本发明实施例1提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的电致发光性能图。具体地，在本实施例中，f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的重量比例为1：1％：0.5％。
61.示例性地，步骤d中，所述将tpbi溶于氯苯溶液中，得到tpbi溶液包括：将tpbi溶于氯苯溶液中，搅拌2h，得到5-20mg/ml的tpbi溶液。
62.步骤d中，所述将所述tpbi溶液旋涂在所述三元近红外发光层上包括：将所述tpbi溶液以1500-6000rpm/min的转速旋涂在所述三元近红外发光层上30-90s。
63.具体地，在本实施例中，将所述tpbi溶液以4500rpm/min的转速旋涂在所述三元近红外发光层上60s。
64.示例性地，步骤e中，所述在所述电子传输层上依次真空热蒸镀金属电极修饰层和金属电极包括：将经过步骤d后的器件置于蒸发镀膜设备中，当启动分子泵精抽真空使蒸发镀膜设备中真空室的真空度达到3.0
×
10-3
pa时，在所述电子传输层上热蒸镀30nm厚度的ca作为金属电极修饰层，并对器件进行搭接，然后再热蒸镀100nm厚度的al作为金属电极。
65.本实施例提出的三元近红外发光层采用f8bt：pidt-2tpd：btt
*
，通过调控f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的混合重量比例，从而最大化共振能量转移，降低了近红外发光二极管的能量损耗，提高了发光效率；提出的采用溶液处理的界面修饰方法引入钝化层，所述钝化层采用聚乙烯亚胺，抑制了界面互溶。
66.实施例2：
67.图8为本发明实施例2提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的电致发光性能图。本实施例中f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的重量比例为1：5％：1％。
68.实施例3：
69.图9为本发明实施例3提供的f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的电致发光性能图。本实施例中f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的重量比例为1：10％：5％。
70.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
71.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种近红外发光二极管，其特征在于，包括：从下而上依次设置的阳极、空穴传输层、三元近红外发光层、电子传输层和阴极；所述三元近红外发光层采用f8bt：pidt-2tpd：btt
*
。2.一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将透明导电玻璃基片进行清洗，形成阳极；b、将有机半导体材料溶液旋涂在所述阳极上，形成空穴传输层；c、将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
溶于甲苯溶液中，得到三元近红外发光层溶液，将所述三元近红外发光层溶液旋涂在所述空穴传输层上，形成三元近红外发光层；d、将tpbi溶液旋涂在所述三元近红外发光层上，形成电子传输层；e、在所述电子传输层上蒸镀金属，形成阴极，从而得到近红外发光二极管。3.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，在步骤c和步骤d之间，还采用溶液处理的界面修饰方法引入钝化层，所述钝化层采用聚乙烯亚胺。4.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤a包括：将透明导电玻璃基片进行清洗，得到清洗完成的透明导电玻璃基片，将所述清洗完成的透明导电玻璃基片放入烘箱进行烘干，并进行表面等离子活化处理，形成阳极。5.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤b包括：将有机半导体材料溶液依次进行过滤和超声处理，然后旋涂在所述阳极上，进行热退火处理，形成空穴传输层。6.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤c包括：将f8bt：pidt-2tpd：btt
*
溶于甲苯溶液中，得到三元近红外发光层溶液，将所述三元近红外发光层溶液采用一步旋涂法旋涂在所述空穴传输层上，进行退火处理，形成三元近红外发光层。7.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤c中，f8bt：pidt-2tpd：btt
*
的重量比例为1：1％-10％：0.5％-5％。8.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤d包括：将tpbi溶于氯苯溶液中，得到tpbi溶液，将所述tpbi溶液旋涂在所述三元近红外发光层上，形成电子传输层。9.根据权利要求2所述的一种近红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤e包括：在所述电子传输层上依次真空热蒸镀金属电极修饰层和金属电极，形成阴极，从而得到近红外发光二极管。

技术总结
本发明公开了一种近红外发光二极管及其制备方法，其中近红外发光二极管包括：从下而上依次设置的阳极、空穴传输层、三元近红外发光层、电子传输层和阴极；阳极采用透明导电玻璃基片；空穴传输层采用有机半导体材料；三元近红外发光层采用F8BT：PIDT-2TPD：BTT


技术研发人员：郭坤平 唐喆 仇瑞瑞 任龙宇 王晓 张麦丽 张方晖
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.06.17
技术公布日：2023/9/7