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CN112687817A - 量子点发光器件和电子设备 - Google Patents

量子点发光器件和电子设备 Download PDF

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CN112687817A CN202011107926.2A CN202011107926A CN112687817A CN 112687817 A CN112687817 A CN 112687817A CN 202011107926 A CN202011107926 A CN 202011107926A CN 112687817 A CN112687817 A CN 112687817A
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Abstract

本发明涉及量子点发光器件和电子设备。量子点发光器件包括：第一电极和第二电极、在所述第一电极和所述第二电极之间的量子点层、设置在所述量子点层和所述第二电极之间的第一电子传输层和第二电子传输层。所述第二电子传输层设置在所述量子点层和所述第一电子传输层之间，其中所述第一电子传输层和所述第二电子传输层各自包括无机材料。所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级比所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级浅，和所述量子点层的最低未占分子轨道能级比所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级浅。电子设备包括所述量子点发光器件。

Description

量子点发光器件和电子设备
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月18日和2020年10月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0129887和10-2020-0133002的优先权、以及由其产生的所有权益，将其全部内容通过引用引入本文中。
技术领域
公开了量子点发光器件和包括所述量子点发光器件的电子设备。
背景技术
纳米颗粒的物理特性(例如，能带隙、熔点等)以及其它固有特性可通过改变纳米颗粒的颗粒尺寸而控制。例如，暴露于光能或电流的半导体纳米晶体颗粒(也称作量子点)可发射与量子点的颗粒尺寸对应的波长的光。对于给定组成的材料，发射的光的波长取决于颗粒尺寸，并且相对较小的颗粒尺寸的量子点发射较短波长的光。因此，量子点可通过调节颗粒尺寸而提供在合乎需要的波长区域中的光。
发明内容
包括量子点作为发光元件的量子点发光器件、和改善所述量子点发光器件的性能的方法是令人非常感兴趣的并且描述于本文中。
实施方式将提供量子点发光器件，其能够实现改善的发光运行性能，例如，如下的至少一种：较大的外量子效率、对于给定亮度值的较低的驱动电压、或改善的寿命。
实施方式将提供包括所述量子点发光器件的电子设备。
根据实施方式，量子点发光器件包括：第一电极和第二电极、在所述第一电极和所述第二电极之间的量子点层、设置在所述量子点层和所述第二电极之间的第一电子传输层和第二电子传输层，其中所述第二电子传输层设置在所述量子点层和所述第一电子传输层之间，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层各自包括无机材料，所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级比所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级浅，和所述量子点层的最低未占分子轨道能级比所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级浅。
在所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级之间的差可为约0.01eV至约1.20eV，且在所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述量子点层的最低未占分子轨道能级之间的差可为约0.01eV至约1.20eV。
在所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级之间的差可为约0.01eV至约0.80eV，且在所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述量子点层的最低未占分子轨道能级之间的差为约0.90eV至约1.20eV。
所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级可范围为约3.2eV至约4.8eV，所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级可范围为约2.8eV至约4.2eV，和所述量子点层的最低未占分子轨道能级可范围为约2.5eV至约3.6eV。再次，能级的以上范围考虑到如下：所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级比所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级浅，和所述量子点层的最低未占分子轨道能级比所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级浅。
所述第一电子传输层可包括第一金属氧化物纳米颗粒，且所述第二电子传输层可包括不同于所述第一金属氧化物纳米颗粒的第二金属氧化物纳米颗粒。
所述第一金属氧化物纳米颗粒和所述第二金属氧化物纳米颗粒各自可具有小于或等于约10nm的平均颗粒直径。
所述第二电子传输层的无机材料可包括铈氧化物、锶钛氧化物、铌氧化物、钡锡氧化物、或其组合。
例如，所述第二电子传输层可包括铈氧化物纳米颗粒、锶钛氧化物纳米颗粒、铌氧化物纳米颗粒、钡锡氧化物纳米颗粒、或其组合。
所述第二电子传输层可进一步包括n型掺杂剂。
所述n型掺杂剂可包括碱金属、Sn、Ni、Co、Mo、V、Ga、Mn、Fe、Nb、Sr、Ba、In、Ca、Zr、W、Ti、Y、Al、或其组合。此外，所述n型掺杂剂可作为如下的形式被包括：金属元素、金属化合物、金属盐、或其组合。
所述第二电子传输层可包括铈氧化物和铯，铯以2原子百分数至16原子百分数的量，基于所述第二电子传输层中的铈和铯原子的总数。
所述n型掺杂剂可包括Cs、Rb、Li、Na、K、或得自如下的金属盐：碳酸铯Cs2CO3、磷酸铯Cs3PO4、钒酸铯Cs3VO4、叠氮化铯CsN3、氮化锂Li3N、碳酸铷Rb2CO3。
所述第二电子传输层可包括铈氧化物和铯盐，并且基于所述第二电子传输层中的铈和铯原子的总数，以约0.01原子％至约40原子％的量包括铯。
基于所述第二电子传输层，可以约5体积％至40体积％的量包括所述n型掺杂剂。
所述第一电子传输层可包括第一金属氧化物纳米颗粒，所述第一金属氧化物纳米颗粒包括选自如下的至少一种：Zn、Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、和Ba。
所述第一电子传输层可包括由Zn1-xQxO表示的锌氧化物纳米颗粒，其中Q为除Zn之外的金属，和0≤x<0.5。
Q可包括Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、Si、Ba、或其组合。
所述第一电子传输层可包括由Zn1-xQxO表示的锌氧化物纳米颗粒，其中Q为Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、Si、Ba、或其组合，和0≤x<0.5，所述第二电子传输层可包括铈氧化物纳米颗粒，并且所述锌氧化物纳米颗粒和所述铈氧化物纳米颗粒可各自具有小于或等于约10nm的平均颗粒直径。
所述第二电子传输层可进一步包括铯、铯盐、碳酸铯、或其组合。
所述第二电子传输层可具有比所述第一电子传输层的厚度小的厚度。
在一个方面中，所述量子点层包括不含镉的量子点，和所述量子点层发射具有约430nm至约480nm的峰值发射波长区域的光。
根据另一实施方式，提供包括所述量子点发光器件的电子设备。
附图说明
图1为根据实施方式的量子点发光器件的示意性横截面图，和
图2显示代表图1的量子点发光器件的量子点层以及第一和第二电子传输层的相应能级的示意性能级图。
具体实施方式
在下文中将参照其中示出多种实施方式的附图更充分地描述本发明。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现并且不应解释为限于本文中阐述的实例实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相同的附图标记始终表示相同的元件。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因此，在不背离本文中的教导的情况下，下面讨论的“第一元件”、“组分”、“区域”、“层”或“部分”可称为第二元件、组分、区域、层或部分。
本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如本文中使用的，单数形式“一个(种)(不定冠词)(a，an)”和“所述(该)”也意图包括复数形式，包括“至少一个(种)”，除非内容清楚地另外指明。“至少一个(种)”将不被解释为限制“一个(种)”。“或”意味着“和/或”。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。将进一步理解，术语“包含”或“包括”当用在本说明书中时，表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、和/或组分，但不排除存在或增加一种或多种另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分、和/或其集合。
此外，在本文中可使用相对术语例如“下部”或“底部”以及“上部”或“顶部”来描述如图中所示的一个元件与另外的元件的关系。将理解，除图中所描绘的方位之外，相对术语还意图包括器件的不同方位。例如，如果将图之一中的器件翻转，描述为“在”其它元件的“下部”侧上的元件则将被定向在所述其它元件的“上部”侧上。因此，取决于图的具体方位，示例性术语“下部”可包括“下部”和“上部”两种方位。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即，测量系统的限制)所确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。例如，“约”可意味着相对于所陈述的值在一种或多种标准偏差内，或者在±5％内。
除非另外定义，否则在本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开内容所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。将进一步理解，术语，例如在常用字典中定义的那些，应被解释具有与它们在相关领域的背景和本公开内容中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。
在附图中，为了清楚，层、膜、面板、区域等的厚度被放大。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。将理解，当一个元件例如层、膜、区域、或基板被称为“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者还可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，不存在中间元件。
如本文中使用的术语“组合”包括两个或更多个堆叠结构或者多个组分的混合。
如本文中使用的术语“金属”包括金属和半金属。
功函、最高占据分子轨道(HOMO)能级、和最低未占分子轨道(LUMO)能级作为距离真空能级的绝对值表示。另外，当功函、HOMO能级、和LUMO能级被称为“深的”、“高的”或“大的”时，功函、HOMO能级、和LUMO能级具有大的基于真空能级“0eV”的绝对值，而当功函、HOMO能级和LUMO能级被称为“浅的”、“低的”或“小的”时，功函、HOMO能级、和LUMO能级具有小的基于真空能级“0eV”的绝对值。
HOMO能级通过如下获得：使用AC-3设备(Riken Keiki Co.Ltd.)测量具有约20nm至约30nm的厚度的薄膜的光电功函，和通过下式在约7.0eV至约4eV的范围内计算对于辐照的能量由于光电子效应所致的发射能量。
E＝h·c/λ
(h为普朗克常数，c：光的速度，和λ：波长)
LUMO能级可通过紫外光电子能谱法(UPS)测量。
参照以下附图描述根据实施方式的量子点发光器件。
图1为根据实施方式的量子点发光器件的示意性横截面图，且图2为图1的量子点发光器件的量子点层及第一和第二电子传输层的能级的示意图。
参考图1，根据实施方式的量子点发光器件10包括：第一电极11和第二电极12，每个电极具有与另一个相反的表面；在第一电极11和第二电极12之间的量子点层13；在第一电极11和量子点层13之间的空穴传输层14；设置在第二电极12和量子点层13之间的第一电子传输层15和第二电子传输层16，其中所述第二电子传输层设置在量子点层13和第一电子传输层15之间，如所示的。
基板(未示出)可设置在第一电极11或第二电极12一侧处。所述基板可例如由如下制成：无机材料例如玻璃；有机材料例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚醚砜、或其组合；或硅晶片。可省略所述基板。
第一电极11和第二电极12之一为阳极且另一个为阴极。例如，第一电极11可为阳极且第二电极12可为阴极。
第一电极11可由具有高的功函的导体制成，并且可例如由金属、导电金属氧化物、或其组合制成。第一电极11可例如由如下制成：金属或其合金例如镍、铂、钒、铬、铜、锌、或金；导电金属氧化物例如氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、或氟掺杂氧化锡；或者金属和氧化物的组合例如ZnO和Al或者SnO2和Sb，但不限于此。
第二电极12可例如由具有比第一电极11低的功函的导体制成，并且可例如由金属、导电金属氧化物、和/或导电聚合物制成。第二电极12可包括例如金属或其合金例如铝、镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、银、锡、铅、铯、钡等；多层结构材料例如LiF/Al、LiO2/Al、Liq/Al、LiF/Ca、和BaF2/Ca，但不限于此。
第一电极11的功函可高于第二电极12的功函。例如，第一电极11的功函可为例如约4.5eV至约5.0eV，且第二电极12的功函可为例如约4.0eV至约4.7eV。在所述范围内，第一电极11的功函可为例如约4.6eV至约4.9eV，且第二电极12的功函可为例如约4.0eV至约4.5eV。
第一电极11和第二电极12的至少一个可为光透射电极，且所述光透射电极可例如由如下制成：导电氧化物例如氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、或氟掺杂氧化锡，或者单层或多层的金属薄层。当第一电极11和第二电极12之一为非光透射电极时，所述非光透射电极可由例如不透明的导体例如铝(Al)、银(Ag)、或金(Au)制成。
量子点层13包括多个量子点。所述量子点可为半导体纳米晶体，并且可具有多种形状，例如各向同性半导体纳米晶体、量子棒、和量子片。这里，量子棒可表示具有大于约1:1的长径比(纵横比)、例如大于或等于约2:1、大于或等于约3:1、或者大于或等于约5:1的长径比的量子点。例如，量子棒可具有小于或等于约50:1、小于或等于约30:1、或者小于或等于约20:1的的长径比。
所述量子点可具有例如约1nm至约100nm、约1nm至约80nm、约1nm至约50nm、或约1nm至约20nm的平均颗粒直径(对于非球形状，最大部分的尺寸)。
所述量子点的能带隙可根据所述量子点的颗粒尺寸和组成调节，且因此，所述量子点的光致发光波长可被控制。例如，当所述量子点的颗粒尺寸增加时，所述量子点可具有更窄的能带隙且因此发射在相对长的波长区域中的光。然而，如果所述量子点的颗粒尺寸减小，则所述量子点可具有较宽的能带隙，且因此，发射在相对短的波长区域中的光。
例如，所述量子点可根据其颗粒尺寸和/或化学组成而发射光，例如，在可见光区域的预定波长区域中的光。例如，所述量子点可发射蓝色光、红色光、琥珀色光、或绿色光。所述蓝色光可具有例如在约430纳米(nm)至约480nm的范围内的峰值发射波长，所述红色光可具有例如在约600nm至约650nm的范围内的峰值发射波长，所述琥珀色光可具有例如在约570nm至约590nm的范围内的峰值发射波长，和所述绿色光可具有例如在约520nm至约560nm内的峰值发射波长。
例如，发射蓝色光的量子点的平均颗粒尺寸可例如小于或等于约4.5nm、小于或等于约4.3nm、小于或等于约4.2nm、小于或等于约4.1nm、或者小于或等于约4.0nm。在所述范围内，其可为例如约2.0nm至约4.5nm、约2.0nm至约4.3nm、约2.0nm至约4.2nm、约2.0约nm至约4.1nm、或约2.0nm至约4.0nm。
所述量子点可具有例如大于或等于约10％、大于或等于约20％、大于或等于约30％、大于或等于约50％、大于或等于约60％、大于或等于约70％、或者大于或等于约90％的量子产率。
所述量子点可具有相对窄的半宽度(FWHM)。本文中，FWHM为与峰值吸收点的一半对应的波长的宽度，并且随着FWHM越窄，可发射在越窄波长区域中的光且可获得高的色纯度。所述量子点可具有例如小于或等于约50nm、小于或等于约49nm、小于或等于约48nm、小于或等于约47nm、小于或等于约46nm、小于或等于约45nm、小于或等于约44nm、小于或等于约43nm、小于或等于约42nm、小于或等于约41nm、小于或等于约40nm、小于或等于约39nm、小于或等于约38nm、小于或等于约37nm、小于或等于约36nm、小于或等于约35nm、小于或等于约34nm、小于或等于约33nm、小于或等于约32nm、小于或等于约31nm、小于或等于约30nm、小于或等于约29nm、或者小于或等于约28nm的FWHM。
例如，所述量子点可为例如II-VI族半导体化合物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、IV族半导体单质或化合物、I-III-VI族半导体化合物、I-II-IV-VI族半导体化合物、II-III-V族半导体化合物、或其组合。所述II-VI族半导体化合物可为例如如下的二元化合物：CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、MgSe、MgS、或其组合；如下的三元化合物：CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、MgZnSe、MgZnS、或其组合；和如下的四元化合物：HgZnTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、或其组合，但不限于此。所述III-V族半导体化合物可为例如如下的二元化合物：GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、或其组合；如下的三元化合物：GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、或其组合；和如下的四元化合物：GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb、或其组合，但不限于此。所述IV-VI族半导体化合物可为例如如下的二元化合物：SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、或其组合；如下的三元化合物：SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、或其组合；和如下的四元化合物：SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe、或其组合，但不限于此。所述IV族半导体单质或化合物可为例如如下的单质半导体：Si、Ge、或其组合；和如下的二元半导体化合物：SiC、SiGe、或其组合，但不限于此。所述I-III-VI族半导体化合物可为例如CuInSe2、CuInS2、CuInGaSe、CuInGaS、或其组合，但不限于此。所述I-II-IV-VI族半导体化合物可为例如CuZnSnSe、CuZnSnS、或其组合，但不限于此。所述II-III-V族半导体化合物可包括例如InZnP，但不限于此。
所述量子点可包括以基本上均匀的浓度或局部不同的浓度分布包括所述单质半导体、二元半导体化合物、三元半导体化合物、或四元半导体化合物。
例如，所述量子点可包括不含Cd的量子点。镉(Cd)可引起严重的环境/健康问题并且在多个国家中是按照危害性物质限制指令(RoHS)的被限制的元素，且因此非镉基量子点可被有效地使用。
例如，所述量子点可为包括锌(Zn)以及碲(Te)和硒(Se)的至少一种的半导体化合物。例如，所述量子点可为Zn-Te半导体化合物、Zn-Se半导体化合物、和/或Zn-Te-Se半导体化合物。例如，在所述Zn-Te-Se半导体化合物中，碲(Te)的量可小于硒(Se)的量。所述半导体化合物可具有在小于或等于约480nm的波长区域中、例如在约430nm至约480nm的波长区域中的峰值发射波长，并且可发射蓝色光。
例如，所述量子点可为例如包括铟(In)以及锌(Zn)和磷(P)的至少一种的半导体化合物。例如，所述量子点可为In-P半导体化合物和/或In-Zn-P半导体化合物。例如，在所述In-Zn-P半导体化合物中，锌(Zn)相对于铟(In)的摩尔比可大于或等于约25:1。所述半导体化合物可具有在小于或等于约480nm的波长区域中、例如在约430nm至约480nm的波长区域中的峰值发射波长，并且可发射蓝色光。
所述量子点可具有芯-壳结构。例如，所述量子点的芯和壳可具有界面，并且在所述界面中的所述芯或所述壳的至少一种的元素可具有浓度梯度，其中所述壳的元素的浓度朝着所述芯降低。例如，所述量子点的壳的材料组成具有比所述量子点的芯的材料组成高的能带隙，且由此所述量子点可呈现出量子限制效应。
所述量子点可具有一个量子点芯和包围所述芯的多层量子点壳。在这里，多层壳具有至少两个壳，其中各壳可为单一组成、合金、和/或具有浓度梯度者。
例如，多层壳的距离所述芯较远的壳可具有比较接近于所述芯的壳高的能带隙，且由此所述量子点可呈现出量子限制效应。
例如，具有芯-壳结构的量子点可例如包括芯和壳，所述芯包括第一半导体化合物，所述第一半导体化合物包括锌(Zn)以及碲(Te)或硒(Se)的至少一种，所述壳设置在所述芯的表面的至少一部分上并且包括具有与所述芯的组成不同的组成的第二半导体化合物。
例如，所述第一半导体化合物可为包括锌(Zn)、碲(Te)和硒(Se)的基于Zn-Te-Se的半导体化合物，例如，包括相对少量的碲(Te)的基于Zn-Se的半导体化合物，例如，由ZnTexSe1-x(其中，x大于约0且小于或等于约0.05)表示的半导体化合物。
例如，在基于Zn-Te-Se的第一半导体化合物中，锌(Zn)的摩尔量可大于硒(Se)的摩尔量，且硒(Se)的摩尔量可大于碲(Te)的摩尔量。例如，在所述第一半导体化合物中，碲(Te)相对于硒(Se)的摩尔比可小于或等于约0.05:1、小于或等于约0.049:1、小于或等于约0.048:1、小于或等于约0.047:1、小于或等于约0.045:1、小于或等于约0.044:1、小于或等于约0.043:1、小于或等于约0.042:1、小于或等于约0.041:1、小于或等于约0.04:1、小于或等于约0.039:1、小于或等于约0.035:1、小于或等于约0.03:1、小于或等于约0.029:1、小于或等于约0.025:1、小于或等于约0.024:1、小于或等于约0.023:1、小于或等于约0.022:1、小于或等于约0.021:1、小于或等于约0.02:1、小于或等于约0.019:1、小于或等于约0.018:1、小于或等于约0.017:1、小于或等于约0.016:1、小于或等于约0.015:1、小于或等于约0.014:1、小于或等于约0.013:1、小于或等于约0.012:1、小于或等于约0.011:1、或者小于或等于约0.01:1。例如，在所述第一半导体化合物中，碲(Te)相对于锌(Zn)的摩尔比可小于或等于约0.02:1、小于或等于约0.019:1、小于或等于约0.018:1、小于或等于约0.017:1、小于或等于约0.016:1、小于或等于约0.015:1、小于或等于约0.014:1、小于或等于约0.013:1、小于或等于约0.012:1、小于或等于约0.011:1、或者小于或等于约0.010:1。
所述第二半导体化合物可包括例如II-VI族半导体化合物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、IV族半导体单质或化合物、I-III-VI族半导体化合物、I-II-IV-VI族半导体化合物、II-III-V族半导体化合物、或其组合。所述II-VI族半导体化合物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、IV族半导体单质或化合物、I-III-VI族半导体化合物、I-II-IV-VI族半导体化合物、和II-III-V族半导体化合物的实例与以上描述的相同。
例如，所述第二半导体化合物可包括锌(Zn)、以及(Se)和硫(S)的至少一种。例如，所述壳可包括ZnSeS、ZnS、ZnSe、或其组合。例如，所述壳可包括靠近所述芯设置的至少一个内部壳和设置在所述量子点的最外表面处的最外面的壳，并且所述内部壳可包括ZnSeS且所述最外面的壳可包括ZnS。例如，所述壳可具有一种成分的浓度梯度，和例如，硫(S)的量可随着远离所述芯而增加。
例如，具有芯-壳结构的量子点可包括例如芯和壳，所述芯包括第三半导体化合物，所述第三半导体化合物包括铟(In)以及锌(Zn)和磷(P)的至少一种，所述壳设置在所述芯的至少一部分上并且包括具有与所述芯不同的组成的第四半导体化合物。
在基于In-Zn-P的第三半导体化合物中，锌(Zn)相对于铟(In)的摩尔比可大于或等于约25:1。例如，在所述基于In-Zn-P的第三半导体化合物中，锌(Zn)相对于铟(In)的摩尔比可大于或等于约28:1、大于或等于约29:1、或者大于或等于约30:1。例如，在所述基于In-Zn-P的第三半导体化合物中，锌(Zn)相对于铟(In)的摩尔比可小于或等于约55:1、例如小于或等于约50:1、小于或等于约45:1、小于或等于约40:1、小于或等于约35:1、小于或等于约34:1、小于或等于约33:1、或者小于或等于约32:1。
所述第四半导体化合物可包括例如II-VI族半导体化合物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、IV族半导体单质或化合物、I-III-VI族半导体化合物、I-II-IV-VI族半导体化合物、II-III-V族半导体化合物、或其组合。所述II-VI族半导体化合物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、IV族半导体单质或化合物、I-III-VI族半导体化合物、I-II-IV-VI族半导体化合物、和II-III-V族半导体化合物的实例与以上描述的相同。
例如，所述第四半导体化合物可包括锌(Zn)和硫(S)、以及任选地硒(Se)。例如，所述壳可包括ZnSeS、ZnS、或其组合。例如，所述壳可包括靠近所述芯设置的至少一个内部壳和设置在所述量子点的最外表面处的最外面的壳，并且所述内部壳和所述最外面的壳的至少一个可包括ZnS或ZnSeS的第四半导体化合物。
量子点层13可具有例如约5nm至约200nm、例如约10nm至约150nm、约10nm至约100nm、或约10nm至约50nm的厚度。
量子点层13可具有相对深的HOMO能级，并且可具有例如大于或等于约5.4eV、大于或等于约5.6eV、大于或等于约5.7eV、大于或等于约5.8eV、大于或等于约5.9eV、或者大于或等于约6.0eV的HOMO能级。量子点层13的HOMO能级可为例如约5.4eV至约7.0eV、约5.4eV至约6.8eV、约5.4eV至约6.7eV、约5.4eV至约6.5eV、约5.4eV至约6.3eV、约5.4eV至约6.2eV、或约5.4eV至约6.1eV、在所述范围内例如约5.6eV至约7.0eV、约5.6eV至约6.8eV、约5.6eV至约6.7eV、约5.6eV至约6.5eV、约5.6eV至约6.3eV、约5.6eV至约6.2eV、或约5.6eV至约6.1eV、例如约5.7eV至约7.0eV、约5.7eV至约6.8eV、约5.7eV至约6.7eV、约5.7eV至约6.5eV、约5.7eV至约6.3eV、约5.7eV至约6.2eV、或约5.7eV至约6.1eV、例如约5.8eV至约7.0eV、约5.8eV至约6.8eV、约5.8eV至约6.7eV、约5.8eV至约6.5eV、约5.8eV至约6.3eV、约5.8eV至约6.2eV、约5.8eV至约6.1eV、例如约6.0eV至约7.0eV、约6.0eV至约6.8eV、约6.0eV至约6.7eV、约6.0eV至约6.5eV、约6.0eV至约6.3eV、或约6.0eV至约6.2eV。
量子点层13可具有相对浅的LUMO能级，并且可具有例如小于或等于约3.6eV、小于或等于约3.5eV、小于或等于约3.4eV、小于或等于约3.3eV、小于或等于约3.2eV、或者小于或等于约3.0eV的LUMO能级。量子点层13的LUMO能级可为例如约2.5eV至约3.6eV、约2.5eV至约3.5eV、约2.5eV至约3.4eV、约2.5eV至约3.3eV、约2.5eV至3.2eV、约2.5eV至约3.1eV、约2.5eV至约3.0eV、约2.8eV至约3.6eV、约2.8eV至约3.5eV、约2.8eV至约3.4eV、约2.8eV至约3.3eV、约2.8eV至约3.2eV、约3.0eV至约3.6eV、约3.0eV至约3.5eV、或约3.0eV至约3.4eV。
量子点层13可具有约2.4eV至约2.9eV的能带隙。在所述范围内，量子点层13可具有例如约2.4eV至约2.8eV，例如约2.4eV至约2.78eV的能带隙。
空穴传输层14设置在第一电极11和量子点层13之间。空穴传输层14可具有一个层或者两个或更多个层。在广义上，除空穴传输层之外，空穴传输层14还可包括空穴注入层和/或电子阻挡层。
空穴传输层14可具有相对深的HOMO能级，使得空穴传输层14可匹配量子点层13的HOMO能级。因此，空穴从空穴传输层14到量子点层13中的迁移率可增加。
空穴传输层14的HOMO能级可等于量子点层13的HOMO能级或者小于量子点层13的HOMO能级，例如，在约1.0eV或更小的范围内。例如，在空穴传输层14和量子点层13的HOMO能级之间的差可为约0eV至约1.0eV、例如约0.01eV至约0.8eV、约0.01eV至约0.7eV、约0.01eV至约0.5eV、约0.01eV至约0.4eV、约0.01eV至约0.3eV、约0.01eV至约0.2eV、或约0.01eV至约0.1eV。
空穴传输层14的HOMO能级可例如大于或等于约5.0eV、大于或等于约5.2eV、大于或等于约5.4eV、大于或等于约5.6eV、或者大于或等于约5.8eV。
例如，空穴传输层14的HOMO能级可为约5.0eV至约7.0eV、约5.2eV至约6.8eV、约5.4eV至约6.8eV、约5.4eV至约6.7eV、约5.4eV至约6.5eV、约5.4eV至约6.3eV、约5.4eV至约6.2eV、约5.4eV至约6.1eV、约5.6eV至约7.0eV、约5.6eV至约6.8eV、约5.6eV至约6.7eV、约5.6eV至约6.5eV、约5.6eV至约6.3eV、约5.6eV至约6.2eV、约5.6eV至约6.1eV、约5.8eV至约7.0eV、约5.8eV至约6.8eV、约5.8eV至约6.7eV、约5.8eV至约6.5eV、约5.8eV至约6.3eV、约5.8eV至约6.2eV、或约5.8eV至约6.1eV。
空穴传输层14可包括满足所述能级的任何材料而没有特别限制，并且可为例如如下的至少一种：聚(9,9-二辛基-芴-共-N-(4-丁基苯基)-二苯基胺)(TFB)、多芳基胺(聚芳基胺)、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚磺苯乙烯(PEDOT:PSS)、聚苯胺、聚吡咯、N,N,N',N'-四(4-甲氧基苯基)-联苯胺(TPD)、4,4'-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)、m-MTDATA(4,4',4”-三[苯基(间甲苯基)氨基]三苯基胺)、4,4',4”-三(N-咔唑基)-三苯基胺(TCTA)、1,1-二[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷(TAPC)、p型金属氧化物(例如，NiO、WO3、MoO3等)、基于碳的材料例如石墨烯氧化物、及其组合，但不限于此。
第一电子传输层15和第二电子传输层16设置在第二电极12和量子点层13之间。第一电子传输层15贴近第二电极12设置，且第二电子传输层16贴近量子点层13设置。即，第二电子传输层16设置在量子点层13和第一电子传输层15之间。因此，第二电极12、第一电子传输层15、和第二电子传输层16、和量子点层13可顺序地相邻地设置。
例如，第一电子传输层15可与第二电极12接触，且第二电子传输层16可与量子点层13接触。
例如，第一电子传输层15和第二电子传输层16可彼此接触。
例如，第一电子传输层15的一个表面可与第二电极12接触，且第一电子传输层15的另一表面可与第二电子传输层16接触。
例如，第二电子传输层16的一个表面可与量子点层13接触，且第二电子传输层16的另一表面可与第一电子传输层15接触。
参考图2，第一电子传输层15、第二电子传输层16、和量子点层13的LUMO能级以该次序顺序地更浅。例如，第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)比第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)浅，并且量子点层13的LUMO能级(LUMO13)可比所述第二电子传输层的LUMO能级(LUMO16)浅。即，第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)、第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)、和量子点层13的LUMO能级(LUMO13)可具有在从第一电子传输层15到量子点层13的方向上逐渐变得更浅的阶式能级。
例如，第一电子传输层15、第二电子传输层16、和量子点层13的LUMO能级可为阶梯式的。相对小的能垒(d1和d2)可在第一电子传输层15和第二电子传输层16之间以及在第二电子传输层16和量子点层13之间存在。在第一电子传输层15和第二电子传输层16之间的能垒(d1)可为在第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)和第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)之间的差。在第二电子传输层16和量子点层13之间的能垒(d2)可为在第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)和量子点层13的LUMO能级(LUMO13)之间的差。
例如，在第一电子传输层15和第二电子传输层16之间的能垒(d1)，即，在第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)和第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)之间的差可为约0.01eV至约1.20eV、约0.01eV至约1.15eV、约0.01eV至1.10eV、约0.01eV至约1.05eV、约0.01eV至约1.00eV、约0.01eV至约0.80eV、约0.01eV至约0.70eV、约0.01eV至约0.50eV、约0.01eV至约0.40eV、约0.01eV至约0.30eV、或约0.01eV至约0.20eV。
例如，在第二电子传输层16和量子点层13之间的能垒(d2)，即，在第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)和量子点层13的LUMO能级(LUMO13)之间的差可为约0.01eV至约1.20eV，例如约0.01eV至约1.00eV、约0.01eV至约0.80eV、约0.01eV至约0.70eV、约0.01eV至约0.50eV、约0.01eV至约0.40eV、约0.01eV至约0.30eV、或约0.01eV至约0.20eV。
例如，在第一电子传输层15和第二电子传输层16之间的能垒(d1)，即，在第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)和第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)之间的差可小于在第二电子传输层16和量子点层13之间的能垒(d2)，即，在第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)和量子点层13的LUMO能级(LUMO13)之间的差。
例如，在第一电子传输层15和第二电子传输层16之间的能垒(d1)，即，在第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)和第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)之间的差可为约0.01eV至约1.00eV、约0.01eV至约0.80eV、约0.01eV至约0.70eV、约0.01eV至约0.50eV、约0.01eV至约0.40eV、约0.01eV至约0.30eV、或者约0.01eV至约0.20eV，且在第二电子传输层16和量子点层13之间的能垒(d2)，即，在第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)和量子点层13的LUMO能级(LUMO13)之间的差可为约0.50eV至约1.20eV，可为例如约0.60eV至约1.20eV、约0.70eV至约1.20eV、约0.80eV至约1.20eV、约0.90eV至约1.20eV、或者约1.00eV至约1.20eV。
例如，量子点层13的LUMO能级(LUMO13)可例如小于或等于约3.6eV、小于或等于约3.5eV、小于或等于约3.4eV、小于或等于约3.3eV、小于或等于约3.2eV、或者小于或等于约3.0eV。在所述范围内，量子点层13的LUMO能级(LUMO13)可为例如约2.5eV至约3.6eV、约2.5eV至约3.5eV、例如约2.5eV至约3.4eV、例如约2.5eV至约3.3eV、例如约2.5eV至约3.2eV、例如约2.5eV至约3.1eV、例如约2.5eV至约3.0eV、例如约2.8eV至约3.6eV、约2.8eV至约3.5eV、约2.8eV至约3.4eV、约2.8eV至约3.3eV、约2.8eV至约3.2eV、约3.0eV至约3.6eV、约3.0eV至约3.5eV、或约3.0eV至约3.4eV。
例如，第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)可为例如小于或等于约4.8eV、小于或等于约4.6eV、约3.2eV至约4.8eV、约3.2eV至约4.6eV、约3.2eV至约4.5eV、约3.2eV至约4.3eV、约3.2eV至约4.1eV、约3.4eV至4.1eV、约3.6eV至约4.1eV、约3.5eV至约4.6eV、约3.8eV至约4.6eV、或约4.1eV至约4.6eV。
例如，第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)可为在量子点层13的LUMO能级(LUMO13)和第一电子传输层15的LUMO能级(LUMO15)之间的值。例如，第二电子传输层16的LUMO能级(LUMO16)可为小于或等于约4.2eV、约2.8eV至约4.2eV、在所述范围内约2.8eV至约4.1eV、约3.0eV至约4.1eV、约3.2eV至4.1eV、约3.4eV至约4.1eV、约2.8eV至约4.0eV、约3.0eV至约4.0eV、约3.2eV至4.0eV、约3.4eV至约4.0eV、约3.5eV至约4.2eV、约3.5eV至约4.1eV、或约3.5eV至约4.0eV。
第一电子传输层15、第二电子传输层16、和量子点层13可满足上述在LUMO能级之间的关系，由此降低由于在第一电子传输层15和量子点层13之间的大的LUMO能级差所致的能垒且促进电子的注入和传输，且因此所述量子点发光器件的效率可改善。不同于发射蓝色光的镉基量子点层和/或发射红色和绿色光的量子点层，这样的结构可被有效地应用于包括具有相对大的能带隙和浅的LUMO能级的发射蓝色光的不含Cd的量子点层13的量子点发光器件。
例如，第一电子传输层15的LUMO能级可比第二电极12的功函或LUMO能级深。例如，第一电子传输层15的LUMO能级可比第二电极12的功函或LUMO能级浅。例如，第一电子传输层15的LUMO能级可基本上等于第二电极12的功函或LUMO能级。
第一电子传输层15可包括满足前述能级的无机材料。第一电子传输层15可包括例如无机纳米颗粒、例如氧化物纳米颗粒、和例如金属氧化物纳米颗粒。
第一电子传输层15中包括的纳米颗粒可为具有小于或等于约10nm、小于或等于约8nm、小于或等于约7nm、小于或等于约5nm、小于或等于约4nm、或者小于或等于约3.5nm、或者在约1nm至约10nm、约1nm至约9nm、约1nm至约8nm、约1nm至约7nm、约1nm至约5nm、约1nm至约4nm、或约1nm至约3.5nm的范围内的平均颗粒直径的二维或三维颗粒。
例如，第一电子传输层15可包括第一金属氧化物纳米颗粒，且所述第一金属氧化物纳米颗粒可包括如下的至少一种：锌(Zn)、镁(Mg)、钴(Co)、镍(Ni)、镓(Ga)、铝(Al)、钙(Ca)、锆(Zr)、钨(W)、锂(Li)、钛(Ti)、钽(Ta)、锡(Sn)、铪(Hf)、和钡(Ba)。
例如，第一电子传输层15可包括包含锌(Zn)的金属氧化物纳米颗粒，并且可包括由实例Zn1-xQxO(0≤x<0.5)代表的金属氧化物纳米颗粒。在这里，Q为除Zn之外的金属元素，例如，镁(Mg)、钴(Co)、镍(Ni)、镓(Ga)、铝(Al)、钙(Ca)、锆(Zr)、钨(W)、锂(Li)、钛(Ti)、钽(Ta)、锡(Sn)、铪(Hf)、硅(Si)、钡(Ba)、或其组合。
例如，Q可为镁(Mg)。
例如，x可在0.01≤x≤0.3、例如0.01≤x≤0.2或0.01≤x≤0.1的范围内。
第一电子传输层15可具有在约2nm至约80nm、约2nm至约70nm、约2nm至约60nm、约2nm至约50nm、约2nm至约40nm、或约2nm至约30nm的范围内的厚度。
第二电子传输层16可包括满足前述在量子点层13和第一电子传输层15之间的能级的无机材料。第二电子传输层16中包括的无机材料可与第一电子传输层15中包括的无机材料不同。
例如，第二电子传输层16可包括氧化物、例如金属氧化物、或金属氧化物半导体。然而，当第一电子传输层15中包括的金属氧化物或金属氧化物半导体包括锌时，第二电子传输层16中包括的金属氧化物或金属氧化物半导体可不包括锌。
例如，第二电子传输层16可包括含有铈的氧化物(下文中称作“铈氧化物”)、含有锶钛的氧化物(下文中称作“锶钛氧化物”)、含有铌的氧化物(下文中称作“铌氧化物”)、含有钡锡的氧化物(下文中称作“钡锡氧化物”)、或其组合。
所述铈氧化物可例如由Ce1-zAzO(0≤z<0.5)、Ce1-zAzO2(0≤z<0.5)、Ce2-zAzO3(0≤z<1)、和/或Ce3-zAzO4(0≤z<1.5)表示，其中A为除Ce之外的金属元素，例如，Zn、Mg、Co、Cu、Eu、Gd、Sm、Ni、Al、Mn、Pt、Sn、La、Al、Fe、和/或Y，但不限于此。例如，所述铈氧化物可为例如CeO、CeO2、Ce2O3、Ce3O4、或其组合。所述锶钛氧化物可为例如SrTiO3，所述铌氧化物可为Nb2O5，和所述钡锡氧化物可为BaSnO3，但它们不限于此。
例如，第二电子传输层16可包括无机纳米颗粒，例如氧化物纳米颗粒，且例如金属氧化物纳米颗粒。所述金属氧化物纳米颗粒可为具有高的热化学稳定性的结晶纳米颗粒，并且可为具有相对宽的能带隙、例如约3.0eV至约6.0eV的无机半导体。然而，当第一电子传输层15中包括的金属氧化物纳米颗粒包括锌时，第二电子传输层16中包括的金属氧化物纳米颗粒可不包括锌。
第二电子传输层16中包括的无机纳米颗粒可为具有小于或等于约10nm、小于或等于约8nm、小于或等于约7nm、小于或等于约5nm、小于或等于约4nm、或者小于或等于约3.5nm、或在约1nm至约10nm、约1nm至约9nm、约1nm至约8nm、约1nm至约7nm、约1nm至约5nm、约1nm至约4nm、或约1nm至约3.5nm的范围内的平均颗粒直径的二维或三维颗粒。
例如，第二电子传输层16可包括与前述第一金属氧化物纳米颗粒不同的第二金属氧化物纳米颗粒。所述第二金属氧化物纳米颗粒可包括例如铈氧化物纳米颗粒、锶钛氧化物纳米颗粒、铌氧化物纳米颗粒、钡锡氧化物纳米颗粒、或其组合。
除前述无机材料之外，第二电子传输层16可进一步包括n型掺杂剂。第二电子传输层16中包括的n型掺杂剂可增加电子密度，进一步改善电子迁移率和提供开启电压的降低。
所述n型掺杂剂可包括如下的形式：金属元素、金属化合物、金属盐、或其组合，例如包括铯(Cs)、铷(Rb)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、锡(Sn)、镍(Ni)、钴(Co)、钼(Mo)、钒(V)、镓(Ga)、锰(Mn)、铁(Fe)、铌(Nb)、锶(Sr)、钡(Ba)、铟(In)、钙(Ca)、锆(Zr)、钨(W)、钛(Ti)、钇(Y)、铝(Al)、或其组合的金属化合物或金属盐，例如铯(Cs)、铷(Rb)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、碳酸铯(Cs2CO3)、磷酸铯(Cs3PO4)、钒酸铯(Cs3VO4)、叠氮化铯(CsN3)、氮化锂(Li3N)、碳酸铷(Rb2CO3)、或得自其的金属盐，但不限于此。
基于第二电子传输层16的总体积，所述n型掺杂剂可以如下的量被包括在所述第二电子传输层中：小于约50体积％、或者在大于或等于约0.01体积％且小于约50体积％、约0.01体积％至约40体积％、约0.1体积％至约40体积％、约1体积％至约40体积％、约3体积％至约40体积％、约5体积％至约40体积％、约5体积％至约35体积％、约5体积％至约30体积％、约5体积％至约28体积％、约5体积％至约25体积％、约5体积％至约20体积％、或约5体积％至约15体积％的范围内，但不限于此。
可以如下的量包括作为所述n型掺杂剂被包括的金属原子：其小于主要金属原子(即，所述金属氧化物纳米颗粒中包括的金属原子)，它们二者都被包括在第二电子传输层16中。例如，基于第二电子传输层16中的对应于所述金属氧化物纳米颗粒和所述n型掺杂剂的金属原子的总数，作为所述n型掺杂剂被包括的金属原子可以如下的量存在：小于约50原子百分数(原子％)、或者在大于或等于约0.01原子％和小于约50原子％、大于或等于约0.05原子％和小于约50原子％、约0.01原子％至约40原子％、约0.1原子％至约40原子％、约1原子％至约40原子％、约2原子％至约40原子％、约3原子％至约40原子％、约4原子％至约40原子％、约2原子％至约35原子％、约4原子％至约35原子％、约2原子％至约35原子％、约2原子％至约30原子％、约4原子％至约30原子％、约2原子％至约28原子％、约4原子％至约28原子％、约2原子％至约25原子％、约4原子％至约25原子％、约2原子％至约23原子％、约4原子％至约23原子％、约2原子％至约20原子％、约4原子％至约20原子％、约2原子％至约18原子％、约4原子％至约18原子％、约2原子％至约16原子％、或者约4原子％至约16原子％的范围内，但不限于此。
例如，当第二电子传输层16包括铈氧化物作为所述金属氧化物纳米颗粒且包括铯盐作为所述n型掺杂剂时，基于铈和铯原子的总数，可以如下的量包括铯：小于约50原子％、或者在大于或等于约0.01原子％和小于约50原子％、大于或等于约0.1原子％和小于约50原子％、约0.01原子％至约40原子％、约0.1原子％至约40原子％、约1原子％至约40原子％、约3原子％至约40原子％、约3原子％至约30原子％、约3原子％至约25原子％、约3原子％至约20原子％、约3原子％至约16原子％、约5原子％至约40原子％、约5原子％至约35原子％、约5原子％至约30原子％、约5原子％至约28原子％、约5原子％至约25原子％、约5原子％至约20原子％、约5原子％至约16原子％的范围内，但不限于此。
例如，第一电子传输层15和第二电子传输层16可各自包括金属氧化物纳米颗粒，并且各自可包括具有小于或等于约10nm、小于或等于约7nm、或者小于或等于约5nm的平均颗粒直径的金属氧化物纳米颗粒。例如，第一电子传输层15可包括如上所述的Zn1-xQxO(其中Q为Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、Si、Ba、或其组合，和0≤x<0.5)，和第二电子传输层16可包括前述铈氧化物纳米颗粒且任选地进一步包括以上描述的n型掺杂剂。
在另一实施方式中，我们描述层状结构体，其包括
量子点层，
设置在所述量子点层上的第一电子传输层和第二电子传输层，其中所述第二电子传输层设置在所述量子点层和所述第一电子传输层之间，并且所述第一电子传输层和所述第二电子传输层各自包括无机材料，
其中所述第二电子传输层的LUMO能级比所述第一电子传输层的LUMO能级浅，和
所述量子点层的LUMO能级比所述第二电子传输层的LUMO能级浅，并且所述层状结构体设置在第一电极和第二电极之间。
另外，所述层状结构体可设计成具有在所述第一电子传输层的LUMO能级和所述第二电子传输层的LUMO能级之间的差为约0.01eV至约0.50eV，并且在所述第二电子传输层的LUMO能级和所述量子点层的LUMO能级之间的差为约0.01eV至约1.20eV。此外，所述第一电子传输层的LUMO能级为约3.2eV至约4.8eV，所述第二电子传输层的LUMO能级为约2.8eV至约4.2eV，且所述量子点层的LUMO能级为约2.5eV至约3.6eV。
在一种实施方式中，所述层状结构体的所述第二电子传输层可包括铈氧化物纳米颗粒、锶钛氧化物纳米颗粒、铌氧化物纳米颗粒、钡锡氧化物纳米颗粒、或其组合，以及n型掺杂剂，所述n型掺杂剂包括碱金属、Sn、Ni、Co、Mo、V、Ga、Mn、Fe、Nb、Sr、Ba、In、Ca、Zr、W、Ti、Y、Al、或其组合。
在另一实施方式中，所述层状结构体的所述第二电子传输层可包括铈氧化物纳米颗粒以及铯、铯氧化物、或其组合，其中基于铈和铯原子的总数，铯以3原子百分数至16原子百分数的量存在，并且所述第一电子传输层包括锌氧化物纳米颗粒。
在一种实施方式中，所述层状结构体的所述量子点层包括不含镉的量子点，并且所述量子点层发射具有约430nm至约480nm的峰值发射波长区域的光。
第二电子传输层16可具有约2nm至约80nm、或在约2nm至约70nm、约2nm至约60nm、约2nm至约50nm、约2nm至约40nm、或约2nm至约30nm的范围内的厚度。
例如，第二电子传输层16可具有比第一电子传输层15小的厚度。例如，第二电子传输层16的厚度可为第一电子传输层15的厚度的约0.1倍至约0.8倍、约0.1倍至约0.7倍、或约0.1倍至约0.5倍，但不限于此。
前述量子点层13以及第一和第二电子传输层15和16可例如以溶液工艺或沉积工艺形成，并且溶液工艺可为例如旋涂、狭缝涂布、喷墨印刷、喷嘴印刷、喷射和/或刮刀涂布，但不限于此。
取决于量子点层13的发光波长谱，量子点发光器件10可显示出蓝色、绿色、或红色，例如量子点发光器件10可通过量子点层13显示出蓝色以发射具有在约430nm至约480nm内的峰值发射波长的蓝色波长谱的光，例如量子点发光器件10可通过量子点层13显示出绿色以发射具有在约520nm至约560nm内的峰值发射波长的绿色波长谱的光，或者例如量子点发光器件10可通过量子点层13显示出红色以发射具有在约600nm至约650nm内的峰值发射波长的红色波长谱的光。
量子点发光器件10可具有改善的电和发光特性。例如，量子点发光器件10的外量子效率(EQE)可等于或大于约6.0％、等于或大于约7.0％、等于或大于约8.0％、等于或大于约9.0％、或者等于或大于约10.0％。
另外，量子点发光器件10可具有可等于或大于约180安/平方厘米(A/cm2)、等于或大于约190A/cm2、等于或大于约200A/cm2、等于或大于约220A/cm2、等于或大于约240A/cm2、等于或大于约250A/cm2、等于或大于约270A/cm2、等于或大于约280A/cm2、等于或大于约300A/cm2、等于或大于约310A/cm2、等于或大于约320A/cm2、或者等于或大于约330A/cm2的电流密度。
另外，量子点发光器件10可具有可等于或小于约4.2V、等于或小于约4.1V、等于或小于约4.0V、等于或小于约3.9V、等于或小于约3.8V、等于或小于约3.7V、等于或小于约3.6V、或者等于或小于约3.5V的驱动电压，并且量子点发光器件10的电流效率可等于或大于约5.0坎德拉/安(最大)(Cd/Amax)、等于或大于约5.2Cd/Amax、等于或大于约5.4Cd/Amax、等于或大于约5.6Cd/Amax、等于或大于约5.8Cd/Amax、等于或大于约6.0Cd/Amax、或者等于或大于约6.2Cd/Amax，并且量子点发光器件10的发光效率(在5毫安下)可等于或大于约100坎德拉/平方米(Cd/m2)、等于或大于约120Cd/m2、等于或大于约140Cd/m2、等于或大于约150Cd/m2、等于或大于约160Cd/m2、等于或大于约170Cd/m2、等于或大于约180Cd/m2、等于或大于约190Cd/m2、等于或大于约200Cd/m2、或者等于或大于约210Cd/m2。
量子点发光器件10可应用于需要光发射的多种电子设备，并且可应用于多种电子设备例如显示设备或照明设备。
下文中，参照实施例更详细地说明实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，且本范围不限于此。
量子点分散体的合成
合成实施例1
(1)ZnTeSe芯量子点分散体的合成
将硒(Se)和碲(Te)分散在三辛基膦(TOP)中以获得2M Se/TOP原液和0.1M Te/TOP原液。将0.125毫摩尔(mmol)乙酸锌、0.25mmol油酸、和0.25mmol十六烷基胺与10mL三辛基胺在反应器中组合并且在真空下在120℃下加热。在1小时之后，向反应器添加氮气。然后将反应器在240℃下加热，将Se/TOP原液和Te/TOP原液以1/25的Te/Se摩尔比快速添加到反应器(反应混合物)。在使温度增加至300℃和将反应混合物保持在300℃30分钟之后，将反应混合物快速冷却至室温，并且向反应混合物添加丙酮。获得沉淀物并且将其用离心机分离。将所得沉淀物分散在甲苯中以获得ZnTeSe芯量子点分散体。
(2)ZnTeSe芯/ZnSeS壳量子点分散体的合成
将三辛基胺添加到10mL反应烧瓶，并且将0.6mmol乙酸锌和1.2mmol油酸添加到烧瓶。将烧瓶置于真空下并且用10分钟将温度升高到120℃。然后向烧瓶添加氮气(N2)，并且将在以上步骤(1)中获得的ZnTeSe芯量子点分散体快速注入反应烧瓶中。向该反应混合物添加2M Se/TOP和1M S/TOP的分散体，使得获得1.2:2.8的Se:S摩尔比。将反应温度升高至340℃并且保持直至反应完成。将反应烧瓶(反应产物)冷却至室温，添加乙醇并且将所制备的纳米晶体用离心机分离且分散在甲苯中以获得ZnTeSe/ZnSeS芯/壳量子点分散体。
第一金属氧化物纳米颗粒的合成
合成实施例2
将8.07mmol乙酸锌二水合物、0.93mmol乙酸镁四水合物、和90mL二甲亚砜添加至反应器并且在空气下在60℃下加热。随后，将15mmol氢氧化四甲基铵五水合物溶解在30mL乙醇中以制备氢氧化四甲基铵五水合物溶液，然后将所述氢氧化四甲基铵五水合物溶液以3mL/分钟的速率缓慢地逐滴添加至反应器。在将反应混合物在60℃下搅拌1小时之后，将所制备的Zn0.85Mg0.15O纳米颗粒用离心机分离并且分散在乙醇中以获得Zn0.85Mg0.15O纳米颗粒分散体。
用UT F30 Tecnai电子显微镜测量的Zn0.85Mg0.15O纳米颗粒的平均颗粒直径为约3.0纳米(nm)。
第二金属氧化物纳米颗粒的合成
合成实施例3
铈氧化物纳米颗粒分散体，其中铈氧化物(CeO2)纳米颗粒(796077，Sigma-Aldrich Co.，Ltd.)以20重量百分数(重量％)的浓度分散在水中两次或更多次，并且在每次之后将所述纳米颗粒重复地用离心机分离以除去过量的有机材料。将最终的经水洗涤的铈氧化物纳米颗粒分散在乙醇中以获得具有2重量％的浓度的铈氧化物纳米颗粒分散体(初级)。当用TEM测量时，所述铈氧化物纳米颗粒被证明具有2.3±0.3nm的颗粒直径范围，并且所述铈氧化物纳米颗粒分散体中的有机材料的量为约16重量％。
将另外的乙醇添加至所述铈氧化物纳米颗粒分散体(初级)以最终获得具有0.5重量％的浓度的铈氧化物纳米颗粒分散体。
合成实施例4
将碳酸铯(Cs2CO3)作为具有2重量％的浓度的乙醇分散体添加至根据合成实施例3制备的具有2重量％的浓度的初级铈氧化物纳米颗粒分散体。将所述两种分散体以CeO2:(Cs2CO3)的91:9的体积比混合以获得铯掺杂的铈氧化物(Cs掺杂的CeO2)纳米颗粒分散体(初级)。将另外的乙醇添加至混合的分散体至混合物的体积的约三倍以获得铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体。
合成实施例5
将碳酸铯(Cs2CO3)作为具有2重量％的浓度的乙醇分散体添加至根据合成实施例3制备的具有2重量％的浓度的初级铈氧化物纳米颗粒分散体。将所述两种分散体以CeO2:(Cs2CO3)的83:17的体积比混合以获得铯掺杂的铈氧化物(Cs掺杂的CeO2)纳米颗粒分散体(初级)。将另外的乙醇添加至混合的分散体至混合物的体积的约三倍以获得铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体。
合成实施例6
将碳酸铯(Cs2CO3)作为具有2重量％的浓度的乙醇分散体添加至根据合成实施例3制备的具有2重量％的浓度的初级铈氧化物纳米颗粒分散体。将所述两种分散体以CeO2:(Cs2CO3)的76:24的体积比混合以获得铯掺杂的铈氧化物(Cs掺杂的CeO2)纳米颗粒分散体(初级)。将另外的乙醇添加至混合的分散体至混合物的体积的约三倍以获得铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体。
合成实施例7
将碳酸铯(Cs2CO3)作为具有2重量％的浓度的乙醇分散体添加至根据合成实施例3制备的具有2重量％的浓度的初级铈氧化物纳米颗粒分散体。将所述两种分散体以CeO2:(Cs2CO3)的68:32的体积比混合以获得铯掺杂的铈氧化物(Cs掺杂的CeO2)纳米颗粒分散体(初级)。将另外的乙醇添加至混合的分散体至混合物的体积的约三倍以获得铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体。
量子点发光器件的制造
实施例1
将沉积有ITO(WF：4.8eV)的玻璃基板用UV-臭氧进行表面处理15分钟，并且将PEDOT:PSS溶液(H.C.Starks)旋涂在经处理的基板上且在空气气氛下在150℃下热处理10分钟，随后在N2气氛下在150℃下加热30分钟以形成25nm厚的第二(或下部)空穴传输层(HOMO：5.3eV，LUMO：2.7eV)。在所述下部空穴传输层上，旋涂聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基-共-(4,4’-(N-4-丁基苯基)二苯基胺]溶液(TFB)(Sumitomo)并且在150℃下热处理30分钟以形成25nm厚的上部空穴传输层(HOMO：5.6eV，LUMO：2.69eV)。随后，在所述上部空穴传输层上，旋涂根据合成实施例1的ZnTeSe/ZnSeS芯/壳量子点分散体(峰值发射波长：453nm)并且在80℃下热处理30分钟以形成25nm厚的量子点层(HOMO：5.7eV，LUMO：2.97eV)。在所述量子点层上，旋涂根据合成实施例3的铈氧化物纳米颗粒分散体(0.5重量％)并且在80℃下热处理30分钟以形成5nm厚的第二(或下部)电子传输层(HOMO：7.80eV，LUMO：4.08eV)。在所述第二电子传输层上，旋涂根据合成实施例2的Zn0.85Mg0.15O纳米颗粒分散体并且在80℃下热处理30分钟以形成15nm厚的第一(或上部)电子传输层(HOMO：8.25eV，LUMO：4.55eV)。在所述第一电子传输层上，真空沉积铝(Al)以形成90nm厚的第二电极(WF：4.2eV)且从而制造量子点发光器件。
实施例2
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：使用合成实施例4的铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体代替合成实施例3的铈氧化物纳米颗粒分散体以形成5nm厚的第二电子传输层(HOMO：7.78eV，LUMO：4.06eV)。
实施例3
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：使用合成实施例5的铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体代替合成实施例3的铈氧化物纳米颗粒分散体以形成5nm厚的第二电子传输层(HOMO：7.76eV，LUMO：4.03eV)。
实施例4
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：使用合成实施例6的铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体代替合成实施例3的铈氧化物纳米颗粒分散体以形成5nm厚的第二电子传输层(HOMO：7.73eV，LUMO：4.01eV)。
实施例5
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：使用合成实施例7的铯掺杂的铈氧化物纳米颗粒分散体代替合成实施例3的铈氧化物纳米颗粒分散体以形成5nm厚的第二电子传输层(HOMO：7.72eV，LUMO：3.99eV)。
对比例1
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：不形成第二电子传输层。
对比例2
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：不形成第一(或上部)电子传输层。
对比例3
根据与实施例1相同的方法制造量子点发光器件，除了如下之外：将合成实施例2的Zn0.85Mg0.15O纳米颗粒分散体旋涂在量子点层上并且在80℃下热处理30分钟以形成15nm厚的第二电子传输层(HOMO：8.25eV，LUMO：4.55eV)，并且将合成实施例3的铈氧化物纳米颗粒分散体旋涂在第二电子传输层上且在80℃下热处理30分钟以形成5nm厚的第一电子传输层(HOMO：7.80eV，LUMO：4.08eV)。
评价I
通过使用X射线光电子能谱法(XPS，Quantum 2000，Physical Electronics,Inc.)和紫外(UV)光电子能谱法(UPS，Versaprobe，Physical electronics,Inc.)分析根据实施例的量子点发光器件的下部电子传输层中的铯浓度。
铯浓度通过基于第二电子传输层中的铈和铯原子的总数的铯原子的数量的百分数表示。
结果示于表1中。
表1
Cs浓度(原子％)
实施例1 0
实施例2 4.75
实施例3 8.98
实施例4 12.67
实施例5 19.02
评价II
评价根据实施例和对比例的量子点发光器件的电流-电压-发光特性。
所述电流-电压-发光特性通过使用Keithley 2200电流源和Minolta CS2000分光辐射谱仪评价。
结果示于表2和3中。
表2
Figure BDA0002727579790000271
*Lummax：最大亮度
*Cd/Amax：最大电流效率
*Cd/m2@5mA：在5mA下的亮度
*λmax：峰值发射波长
表3
Figure BDA0002727579790000272
*EQE：在20,000尼特下的外量子效率
*V@5mA：用于在5mA电流下驱动的电压(开启电压)
*V@1000尼特：用于1000尼特光发射的电压
参考表2和3，与根据对比例的量子点发光器件相比，根据器件实施例的量子点发光器件呈现出相对低的驱动电压以及改善的电流和发光特性。特别地，其中第二电子传输层(ETL)具有约9原子百分数的铯含量的(以合成实施例5制备的)器件实施例3呈现出相对于器件对比例1至3的在外量子效率方面的显著改善。相对于器件对比例1的100％改善是相当令人惊讶的，因为对比例1的器件结构与器件实施例3的器件结构近乎相同，除了在器件实施例3中存在第二ETL之外。另外，技术人员将非常欣赏在器件实施例2至5中观察到的相对于对比例器件的驱动电压以及器件实施例1的驱动电压的较低的驱动电压，器件实施例1在第二ETL中不具有铯。
评价III
评价根据实施例和对比例的量子点发光器件的寿命特性。通过如下评价所述量子点发光器件的寿命特性：测定在将对于650尼特的亮度的电流注入量子点发光器件中时亮度降低至相对于在时间t0处的初始亮度值的选定亮度值所花的时间。例如，T95为器件达到初始亮度值的95％所花的时间，且T50为器件达到初始亮度值的50％所花的时间。因此，T95和/或T50的值越大，亮度达到这些值所花的时间越多，且因此，器件的寿命特性越好，其以小时(hr)度量。
结果示于表4中。
表4
Figure BDA0002727579790000281
Figure BDA0002727579790000291
*T95(hr)：相对于初始亮度的95％亮度降低所花的时间
*T50(hr)：相对于初始亮度的50％亮度降低所花的时间
*初始电压(V0，V)：当初始亮度为650尼特时的电压
*V1，T50：当相对于初始亮度出现50％的亮度降低时的电压
*ΔV(V)：V1，T50-V0
参考表4，与根据器件对比例的量子点发光器件相比，根据器件实施例的量子点发光器件呈现出改善的寿命特性。另外，在表4的寿命数据中表明了向第二ETL添加铯的技术重要性。特别地，分别具有约5.0原子％、9.0原子％、和12.7原子％的铯含量的器件实施例2、3和4相对于器件实施例1呈现出在寿命方面的改善，而在T50时的驱动电压差ΔV方面变化很小或者没有变化。此外，向第二ETL添加铯的技术优点看来具有上限，如由器件实施例5(铯，19原子％)的寿命数据所表明的。
尽管已经关于目前被认为是实践性的实例实施方式的内容描述了本公开内容，但是将理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种变型和等同布置。

Claims (21)

1.量子点发光器件，包括
第一电极和第二电极，
在所述第一电极和所述第二电极之间的量子点层，
设置在所述量子点层和所述第二电极之间的第一电子传输层和第二电子传输层，其中所述第二电子传输层设置在所述量子点层和所述第一电子传输层之间，并且所述第一电子传输层和所述第二电子传输层各自包括无机材料，
其中所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级比所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级浅，和所述量子点层的最低未占分子轨道能级比所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级浅。
2.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中
在所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级之间的差为0.01eV至1.20eV，且
在所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述量子点层的最低未占分子轨道能级之间的差为0.01eV至1.20eV。
3.如权利要求2所述的量子点发光器件，其中
在所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级之间的差为0.01eV至0.80eV，且
在所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级和所述量子点层的最低未占分子轨道能级之间的差为0.90eV至1.20eV。
4.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中
所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级为3.2eV至4.8eV，
所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级为2.8eV至4.2eV，和
所述量子点层的最低未占分子轨道能级为2.5eV至3.6eV。
5.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中
所述第一电子传输层包括第一金属氧化物纳米颗粒，和
所述第二电子传输层包括第二金属氧化物纳米颗粒，所述第二金属氧化物纳米颗粒不同于所述第一金属氧化物纳米颗粒，
条件是当所述第一金属氧化物纳米颗粒包括锌时，所述第二金属氧化物纳米颗粒不包括锌。
6.如权利要求5所述的量子点发光器件，其中所述第一金属氧化物纳米颗粒和所述第二金属氧化物纳米颗粒各自具有小于或等于10纳米的平均颗粒直径。
7.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层的无机材料包括铈氧化物、锶钛氧化物、铌氧化物、钡锡氧化物、或其组合。
8.如权利要求7所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层包括铈氧化物纳米颗粒、锶钛氧化物纳米颗粒、铌氧化物纳米颗粒、钡锡氧化物纳米颗粒、或其组合。
9.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层包括n型掺杂剂。
10.如权利要求9所述的量子点发光器件，其中所述n型掺杂剂包括金属元素、金属化合物或金属盐，其包括碱金属、Sn、Ni、Co、Mo、V、Ga、Mn、Fe、Nb、Sr、Ba、In、Ca、Zr、W、Ti、Y、Al、或其组合。
11.如权利要求9所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层包括铈氧化物和铯，基于所述第二电子传输层中的铈和铯原子的总数，所述铯以2原子百分数至16原子百分数的量存在。
12.如权利要求10所述的量子点发光器件，其中所述n型掺杂剂包括Cs、Rb、Li、Na、K、或得自如下的金属盐：碳酸铯、磷酸铯、钒酸铯、叠氮化铯、氮化锂、碳酸铷、或其组合。
13.如权利要求10所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层包括铈氧化物和铯盐，并且基于所述第二电子传输层中的铈和铯原子的总数，以0.01原子百分数至40原子百分数的量包括铯。
14.如权利要求9所述的量子点发光器件，其中基于所述第二电子传输层，以5体积百分数至40体积百分数的量包括所述n型掺杂剂。
15.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中所述第一电子传输层包括金属氧化物纳米颗粒，所述金属氧化物纳米颗粒包括如下的至少一种金属：Zn、Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、或Ba。
16.如权利要求15所述的量子点发光器件，其中所述第一电子传输层包括由Zn1-xQxO表示的锌氧化物纳米颗粒，其中Q为Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、Ba、或其组合，和0≤x<0.5。
17.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中
所述第一电子传输层包括由Zn1-xQxO表示的锌氧化物纳米颗粒，其中Q为Mg、Co、Ni、Ga、Al、Ca、Zr、W、Li、Ti、Ta、Sn、Hf、Si、Ba、或其组合，和0≤x<0.5，
所述第二电子传输层包括铈氧化物纳米颗粒，和
所述锌氧化物纳米颗粒和所述铈氧化物纳米颗粒各自具有小于或等于10nm的平均颗粒直径。
18.如权利要求17所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层进一步包括铯、铯盐、碳酸铯、或其组合。
19.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中所述第二电子传输层具有比所述第一电子传输层的厚度小的厚度。
20.如权利要求1所述的量子点发光器件，其中所述量子点层包括不含镉的量子点，和所述量子点层发射具有430nm至480nm的峰值发射波长区域的光。
21.电子设备，其包括如权利要求1-20任一项所述的量子点发光器件。
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