CN108649083A - 功能层、其制作方法、电致发光器件和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种功能层、其制作方法、电致发光器件和太阳能电池。该功能层包括基体和分散于基体中的多个纳米粒子，基体的材料为用于传输和/或注入载流子的功能材料，纳米粒子的材料为绝缘材料和/或半导体材料，纳米粒子的禁带宽度大于功能材料的禁带宽度，且至少部分相邻的两个纳米粒子之间的间距使得功能层具有量子限域效应。该功能层具有较好的导电性，且基体在工作过程中较稳定，并且具有量子限域效应，能够表现出纳米材料的性能。
Description
技术领域
本申请涉及光电领域，具体而言，涉及一种功能层、其制作方法、电致发光器件和太阳能电池。
背景技术
现有技术中，功能层用于传输和/或注入载流子，常见的功能层有两种，第一种是完全连续的导电层，如图1所示，该种功能层01不具有纳米材料的特性。
第二种是由导电的纳米晶02堆积形成的膜层，如图2所示。由于各纳米晶02的表面带有不导电的配体，纳米晶02间的传输性能较差，载流子迁移需要以跳跃的形式实现。
且纳米晶的表面不稳定，纳米晶成膜后，存在取向结晶的过程，该过程会导致纳米晶的晶筹变大，该过程逐渐进行，且不可逆，使得晶粒间发生融合，形成更大尺寸的晶粒。这一方面会增加功能层的导电性；另一方面由于纳米晶的晶筹变大，导致功能层的性能不够稳定，具体体现为使得量子限域效应减弱，且还使得功能层的材料的能级结构会发生变化，导带底变深，导带底变深会降低器件的发光效率。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种功能层、其制作方法、电致发光器件和太阳能电池，以解决现有技术中的功能层中的纳米晶发生融合导致晶筹变大的问题及连续导电功能层不具有纳米材料特性的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种功能层，该功能层包括基体和分散于上述基体中的多个纳米粒子，上述基体的材料为用于传输和/或注入载流子的功能材料，上述纳米粒子的材料为绝缘材料和/或半导体材料，纳米粒子的禁带宽度大于上述功能材料的禁带宽度，且至少部分相邻的两个上述纳米粒子之间的间距使得上述功能层具有量子限域效应。
进一步地，相邻的两个上述纳米粒子表面之间的最小距离在0.5～15nm之间，优选在3～5nm之间。
进一步地，在上述功能层中，上述纳米粒子的总体积和上述基体的体积比为1:10～1:2。
进一步地，上述纳米粒子的平均粒径在1～100nm之间，优选在3～10nm之间。
进一步地，上述功能层中的上述纳米粒子的粒径相对标准偏差小于或等于15％，优选小于或等于10％。
进一步地，多个上述纳米粒子在上述基体中呈空间点阵式排布。
进一步地，上述纳米粒子的材料包括宽禁带半导体材料，上述宽禁带半导体材料的禁带宽度Eg≥2.3eV。
进一步地，上述纳米粒子的材料包括绝缘材料，上述绝缘材料选自SiO2、ZrO2、HfO2、Al2O3与MgO中的至少一种。
进一步地，上述功能材料包括电子功能材料或空穴功能材料；上述电子功能材料为n型半导体材料，优选上述n型半导体材料包括In2O3、SnO2、ITO、TiO2、V2O5、MoO3、WO3和ZnO中的至少一种；上述空穴功能材料为p型半导体材料，优选上述p型半导体材料包括CuO、Cu2O和NiO中的至少一种。
根据本申请的另一方面，提供了一种任一种上述的功能层的制作方法，上述制作方法包括：步骤S1，制备上述功能材料的前驱体溶液；步骤S2，向上述前驱体溶液中加入多个纳米粒子，形成混合物；步骤S3，将上述混合物设置在基底上；步骤S4，加热上述混合物，上述前驱体溶液变为基体且包裹在各上述纳米粒子的外侧，形成上述功能层。
进一步地，在步骤S2中，纳米粒子和功能材料前驱体在混合物中的体积比是1:100～1:3；在上述步骤S3中，将上述混合物设置在上述基底上，上述混合物在500～5000rpm转速下旋涂成预功能层；在上述步骤S4中，加热上述预功能层至100～300℃，加热的时间为30～60min，得到厚度为30～200nm的功能层。
根据本申请的再一方面，提供了一种电致发光器件，包括至少一层功能层，上述功能层为任一种上述的功能层。
根据本申请的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括功能层，上述功能层为任一种上述的功能层。
应用本申请的技术方案，功能层由纳米粒子和连续态的基体两个部分形成，各个纳米粒子分散于基体中，其剖面形成蜂窝状结构，基体使用功能材料，即电子功能材料或空穴功能材料，纳米粒子使用宽禁带的半导体材料和/或绝缘体材料。与现有的采用导电纳米晶的堆叠的功能层相比，基体对应的功能材料为连续的蜂窝(或者网络)结构，保证载流子传输通畅不受阻，避免了现有技术中导电纳米晶之间因表面绝缘配体而导致的载流子传输性能变差的现象，能够保持良好的导电性；并且，由于导电的基体之间分散有多个宽带隙的纳米粒子，相比于现有的采用导电纳米晶堆叠的功能层，避免了导电纳米晶之间取向结晶带来的融合的不稳定现象，相比于现有的采用连续的导电层，功能材料的实际晶筹尺寸受到纳米粒子间距的限制，能够表现出纳米材料的性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的一种功能层的结构示意图；
图2示出了现有技术中的另一种功能层的结构示意图；以及
图3示出了根据本申请的功能层的实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
01、功能层；02、纳米晶；10、功能层；11、纳米粒子；12、基体。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的功能层中的纳米晶容易发生融合或者连续功能层没有纳米材料特性，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种功能层、其制作方法、电致发光器件和太阳能电池。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种功能层，如图3所示，该功能层10包括基体12和分散于上述基体12中的多个纳米粒子11，上述基体12的材料为传输载流子的功能材料，上述纳米粒子11的材料为绝缘材料和/或半导体材料，其中，纳米粒子11的禁带宽度大于上述功能材料的禁带宽度，且至少部分相邻的两个纳米粒子之间的间距使得功能层具有量子限域效应。
上述的功能层由纳米粒子和连续态基体两个部分形成，各个纳米粒子分散于基体中，其剖面形成蜂窝状结构，基体使用功能材料，即电子功能材料或空穴功能材料，纳米粒子使用宽禁带的半导体材料和/或绝缘体材料。与现有的采用导电纳米晶的堆叠的功能层相比，基体对应的功能材料为连续的蜂窝(或者网络)结构，保证载流子传输通畅不受阻，避免了导电纳米晶之间因绝缘配体而导致的载流子传输性能变差的现象，能够保持良好的导电性；并且由于部分相邻的两个纳米晶表面之间的具有一定间距，使得功能层具有量子限域效应，能够表现出纳米材料的性能。并且由于形成该功能层时，基体在较高温度下已经形成了连续结构，从而能级结构已经固定，因此该功能层的电学性质很稳定。
本申请的功能层在原理上克服了因为导电纳米晶体融合导致的不稳定问题，同时与现有的连续导电功能层相比，其具有量子限域效应，使器件仍具有较高的效率。
本申请上述纳米粒子是指尺寸大于0nm，小于1000nm的粒子，并不要求必须是结晶态的存在。本申请上述纳米晶是指尺寸大于0nm，小于1000nm，且是结晶态的纳米粒子。功能材料是具有导电性的半导体材料。
本申请的一种实施例中，相邻的两个上述纳米粒子11表面之间的最小距离在0.5～15nm之间，优选在3～5nm之间。纳米粒子11之间的间距理论计算以能产生量子限域效应为准。由于纳米粒子的表面可能是曲面，所以相邻两个纳米粒子之间的距离有多个不同的值，因而采用了最小距离的表述。当纳米粒子近似球状时，相邻的两个上述纳米粒子11表面之间的最小距离表示相邻的两个纳米粒子的中心距离D减去两个纳米粒子的半径之和(R1+R2)，即D-R1-R2。
如果纳米粒子是球体，那么相邻的两个上述纳米粒子11表面之间的平均距离可以根据基体和纳米粒子的总体积的比以及纳米粒子的直径估算得出。
功能材料的实际晶筹尺寸受到纳米粒子上述间距的限制，上述范围是为了使得功能材料中具有更强的量子限域效应，表现出纳米材料的性能。上述间距在实际操作中主要是通过加工过程控制纳米粒子的浓度实现。
本申请的一种实施例中，在上述功能层中，上述纳米粒子的总体积和上述基体的体积比为1:10～1:2。从而更好地保持功能层中传输载流子的功能并且更好地控制纳米粒子之间的间距，这样能够进一步保证功能层具有均匀的量子限域效应。这里的纳米粒子的总体积是指功能层中的所有纳米粒子的体积之和。
纳米粒子11的粒径相对标准偏差(RSD)小于等于30％，优选小于等于15％，更有选小于等于10％。粒径相对标准偏差越小，在功能层内部越能实现均衡的量子点限域效应，即功能层中的量子点效应越均匀。
本申请的一种实施例中，结合功能层的厚度(目前通常为10～500nm之间)，上述纳米粒子11的平均粒径在1～100nm之间，这样可以保证纳米粒子在制作过程中具有较好的分散性，比如保证在前驱体溶液中具有较好的分散性；并且，同时可以进一步保证该功能层具有较好的性能。为了进一步提升纳米粒子在制作过程(具体可以是前驱体溶液)中的分散性和稳定性，本申请中优选上述纳米粒子11的平均粒径在3～10nm之间。
本申请的再一种实施例中，多个上述纳米粒子11在上述基体12中呈空间点阵式排布，较规整的排列能够更好地保证功能层的传输性能，同时进一步保证功能内部的量子限域效在三维空间分布的均匀性。
为了进一步保证在基体中可以形成量子限域效应，且进一步避免不同位置的功能材料发生融合现象，本申请的一种实施例中，上述纳米粒子11的材料包括宽禁带半导体材料，上述宽禁带半导体材料的禁带宽度Eg≥2.3eV，比如ZnS、CdS和ZnSe。
当然，本申请的上述纳米粒子的材料并不一定仅包括宽禁带半导体材料，还可以包括绝缘材料，具体地，绝缘材料可以选自SiO2、ZrO2、HfO2、Al2O3与MgO中的至少一种。使用这些禁带更宽的绝缘材料组成的纳米粒子，相应的功能层材料也可以选择禁带更宽的宽禁带半导体，扩大了功能层材料的选择范围。
当然，当纳米粒子的材料包括绝缘材料时，具体的绝缘材料的种类并不限于上述提到的绝缘材料，还可以是现有技术中的其他的绝缘材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的绝缘材料形成本申请的上述纳米粒子，此处就不再赘述了。
本申请的一种实施例中，上述功能材料包括电子功能材料或空穴功能材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择电子功能材料或空穴功能材料形成功能材料。对应地，电子功能材料可以包括电子注入材料和/或电子传输材料，空穴功能材料可以包括空穴注入材料和/或空穴传输材料。
当功能材料包括上述电子功能材料时，为了提高电子的迁移速率，进而缩短电子在功能层中的传输时间，上述电子功能材料为n型半导体材料。
一种具体的实施例中，上述n型半导体材料包括In2O3、SnO2、ITO、TiO2、V2O5、MoO3、WO3和ZnO中的至少一种，具体地，n型半导体材料可以是上述几种材料中的一种，也可以是多种的混合，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的功能层。这些n型半导体材料的费米能级分布在-4eV～-7eV之间、迁移率分布广，能够满足不同器件对功能层的不同需求。
当然，本申请的n型半导体材料并不限于上述提及的几种，其可以是现有技术中的任何可以作为电子功能材料的n型半导体材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的n型半导体材料形成本申请的上述功能层，只要其禁带宽度小于纳米粒子材料的禁带宽度即可，例如选择掺杂金属的n型半导体材料，具体地，可以选择掺杂有Mg的ZnO。
当功能材料包括上述空穴功能材料时，为了提高空穴的迁移速率，进而缩短空穴在功能层中的传输时间，上述空穴功能材料为p型半导体材料。
上述的p型半导体材料可以是现有技术中的任何可以作为空穴功能材料的p型半导体材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的p型半导体材料形成本申请的上述功能层，只要其禁带宽度小于纳米粒子材料的禁带宽度即可，例如选择掺杂金属的p型半导体材料，具体地，可以选择掺杂金属的NiO。
一种具体的实施例中，上述p型半导体材料包括CuO、Cu2O和NiO中的至少一种，同样地，p型半导体材料可以是这三种材料中的一种或者是多种的混合，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的功能层。这些p型半导体材料的费米能级分布在-4eV～-7eV之间、迁移率分布广，能够满足不同器件对功能层的不同需求。
优选地，本申请的纳米粒子的形状可以为球形、立方体形、正四面体型或八面体型。这几种形状有较高的对称性，可以保证功能层性能较为均一。
当然，本申请的纳米粒子并不限于上述提及的几种形状，还可以是其他的任何形状，比如不规则的形状等等。
对于同一个功能层中的多个纳米粒子来说，其形状可以是相同的，也可以是不同的，本领域技术人员可以根据实际情况选择相同形状的纳米粒子或者不同形状的纳米粒子分散在基体中。
本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种上述功能层的制作方法，该制作方法包括：步骤S1，制备功能材料的前驱体溶液；步骤S2，向上述前驱体溶液中加入多个纳米粒子，形成混合物；步骤S3，将上述混合物设置在基底上；步骤S4，加热上述混合物，上述前驱体溶液变为基体且包裹在各上述纳米粒子的外侧，形成上述功能层。
上述的制作方法操作简单，制作效率高，并且制作得到的功能层由纳米粒子和基体两个部分形成，各个纳米粒子分散于基体中，其剖面形成蜂窝状结构，基体使用功能材料，即电子功能材料或空穴功能材料，纳米粒子使用宽禁带的半导体材料和/或绝缘体材料。与现有的采用导电纳米晶的堆叠的功能层相比，基体对应的功能材料为连续的蜂窝(或者网络)结构，保证载流子传输通畅不受阻，避免了现有技术中导电纳米晶之间因绝缘配体而导致的载流子传输性能变差的现象，能够保持良好的导电性；并且，由于导电的基体之间分散有多个宽带隙的纳米粒子，相比于现有的采用导电纳米晶堆叠的功能层，避免了导电纳米晶之间的融合的不稳定现象，相比于现有的采用连续的导电层，由于本申请中的功能材料的实际晶筹尺寸受到纳米粒子间距的限制，功能层具有量子限域效应，能够表现出纳米材料的性能。
并且，在上述的步骤S2中，为了使得纳米粒子均匀地分布在基体中，形成均匀的混合物，优选加入纳米粒子后，对混合物施加均匀手段，比如搅拌，超声等。
为了更好地保持功能层中传输载流子的功能及并且更好地控制纳米粒子之间的间距，进一步保证功能层具有均匀良好的量子限域效应，在上述步骤S2中，上述纳米粒子和上述前驱体溶液在上述混合物中的体积比是1:100～1:3。
一种具体的实施例中，在上述步骤S3中，将上述混合物设置在上述基底上，上述混合物在500～5000rpm转速下旋涂成预功能层，该种方式操作简单，并且在保证形成平整且致密的预功能层的前提下，效率较高。
上述步骤S3中的设置方式，包括但不限于旋涂、打印、喷涂等各种溶液制备法。为了避免引入粒径不均匀的团聚物，进一步保证成膜的均一性，在步骤S3中，在将混合物设置在基底表面之前，采用滤嘴等具有滤孔的器材过滤混合物。
为了更好地形成上述功能层，该步骤S4中加热的温度需要在合适范围，若加热温度过低的话，溶剂挥不容易挥发，干燥成膜速度慢，若加热的温度过高的话，灼烧变为晶体，而且影响基底的性能，优选加热的温度在100～300℃之间，加热的时间在30～60min之间。
需要说明的是，上述的基底可以是具体的光电器件中与功能层接触设置的一个结构层，优选地，对于电致发光器件来说，功能层往往与基板电极层接触设置，那么基板电极层就可以作为基底，相比发光层作为基底，可以减少前驱体法对发光层材料的损害。上述的基底还可以不是器件中的一个结构层，其作用仅仅是向功能层提供一个基底，在形成功能层后，可以采用适当的方法将该基底去除，即将其脱离功能层，方便后续功能层应用在器件中。
本申请的再一种典型的实施方式中，提供了一种电致发光器件，该电致发光器件包括至少一层功能层，该功能层为上述的任意一种功能层。
上述的电致发光器件由于包括上述的功能层，其外量子效率较大，发光效率较大。
需要说明的是，上述电致发光器件可以包括一个上述的功能层，也可以包括多个上述功能层，当包括多个上述功能层时，多个功能层可以相同，也可以不同，具体可以根据实际情况来设置。比如，发光器件包括两个功能层，一个功能层为电子功能层，其功能材料为电子功能材料；另一个功能层为空穴功能层，其功能材料为空穴功能材料，这两个功能层可以分别设置在发光层的两侧。
需要说明的是，上述的电致发光器件不仅包括功能层，还包括发光层、阴极和阳极等等。本领域技术人员可以根据实际情况形成具有合适结构层的发光器件。
本申请的又一种实施方式中，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括上述任意一种功能层。
上述的太阳能电池由于包括上述的功能层，其光电转换效率较高。
同样需要说明的是，上述太阳能电池可以包括一个上述的功能层，也可以包括多个上述功能层，当包括多个上述功能层时，多个功能层可以相同，也可以不同，具体可以根据实际情况来设置。比如，太阳能电池包括两个功能层，一个功能层为电子功能层，其功能材料为电子功能材料；另一个功能层为空穴功能层，其功能材料为空穴功能材料。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。
实施例1
(1)ITO阴极玻璃基板的清洗：依次用去离子水和乙醇对ITO阳极玻璃基板作超声处理，每次超声处理的时间为15min，超声完成后取出，待ITO阳极玻璃基板表面干燥后，在氧气等离子体下清洁处理15min；ITO厚度为150nm；
(2)电子注入及传输层的制作：具体制作过程包括：功能层10为电子功能层，如图3所示，且电子功能层包括基体12和分散于上述基体12中的多个纳米粒子11，且多个上述纳米粒子11在上述基体12分散，纳米粒子均为大小近似的球体，纳米粒子11的粒径为1nm，上述纳米粒子11的材料为绝缘材料，具体为SiO2。上述基体12的材料为电子传输功能材料，具体为ZnO。
具体地，上述电子功能层的制作过程包括：步骤S1，取5mmol无水醋酸锌和4.5mmol乙醇胺混合于10ml乙二醇单甲醚中，形成功能材料的前驱体溶液；步骤S2，向上述前驱体溶液中加入0.1g的粒径为1nm的SiO2纳米粒子(禁带宽度为8eV)，搅拌12h，形成混合物；步骤S3，用滤嘴过滤混合物，将上述混合物以2500rpm的速度旋涂60s，设置阴极的表面上；步骤S4，在250℃下，加热30min上述混合物，上述前驱体溶液变为连续态的ZnO(禁带宽度为3.37eV)基体且围绕在各上述纳米粒子的外侧，形成上述50nm厚度的功能层，其中SiO2纳米粒子与ZnO基体的体积比为1:4。
(3)量子点发光层的制作：将CdSe/ZnS红色核壳量子点分散在正辛烷中，获得固含量为15mg/ml的量子点溶液，在空穴传输层上以1500rpm的转速旋涂该量子点溶液，旋涂时间60s，干燥后形成25nm厚度的量子点发光层；
(4)空穴传输及注入层的制作：将步骤(3)制作完成的结构放入真空蒸镀腔体，在量子点层上先后蒸镀65nm的spiro-2NPB(2,2',7,7'-tetrakis[N-naphthalenyl(phenyl)-amino]-9)和15nm的HAT-CN(Dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-Hexacarbonitrile)。
(5)阳极的制作：将步骤(4)制作完成的器件放入真空蒸镀腔体，在空穴注入及传输层上蒸镀阴极电极Ag，厚度为100nm，得到量子点电致发光器件；
实施例2～7的电子功能层的制作过程与实施例1的相同，具体的工艺参数以及结构参数请参考表1。
表1
实施例9
(1)ITO阳极玻璃基板的清洗：依次用去离子水和乙醇对ITO阳极玻璃基板作超声处理，每次超声处理的时间为15min，超声完成后取出，待ITO阳极玻璃基板表面干燥后，在氧气等离子体下清洁处理15min；ITO厚度为150nm；
(2)空穴注入层的制作：具体制作包括：空穴注入层的制作：空穴注入层包括基体12和分散于上述基体12中的多个纳米粒子11，且多个上述纳米粒子11在上述基体12分散，纳米粒子均为大小近似的球体，纳米粒子11的粒径为10nm，上述纳米粒子11的材料为绝缘材料，具体为SiO2。上述基体12的材料为空穴注入功能材料，具体为NiO。
具体地，上述空穴注入层的制作过程包括：步骤S1，取2mmol四水合醋酸镍溶于10ml乙醇，在60℃条件下搅拌2h形成功能材料的前驱体溶液；步骤S2，向上述前驱体溶液中加入0.05g的粒径为1nm的SiO2纳米粒子，搅拌12h，形成混合物；步骤S3，用滤嘴过滤混合物，将上述混合物以2500rpm的速度旋涂60s，设置在发光层的远离阴极的表面上；步骤S4，在275℃下，加热30min上述混合物，上述前驱体溶液变为连续态的NiO基体且围绕在各上述纳米粒子的外侧，形成上述50nm厚度的NiO空穴注入功能层，其中SiO2纳米粒子与NiO基体的体积比为1:3。
(3)空穴传输层的制作：制备8mg/ml的Poly-TPD(Poly[bis(4-phenyl)(4-butylphenyl)amine])氯苯溶液，2500rpm、30s旋涂于空穴注入层上，干燥后得到30nm厚度的空穴注入层。
(4)量子点发光层的制作：将CdSe/ZnS红色核壳量子点分散在正辛烷中，获得固含量为15mg/ml的量子点溶液，在空穴传输层上以1500rpm的转速旋涂该量子点溶液，旋涂时间60s，干燥后形成25nm厚度的量子点发光层；
(5)电子注入及传输层的制作：制备30mg/ml的ZnO纳米晶乙醇溶液，2500rpm、30s旋涂ZnO纳米晶溶液于量子点发光层上，干燥后得到50nm厚度的电子功能层；
(6)阴极的制作：将步骤(4)制作完成的器件放入真空蒸镀腔体，在空穴注入及传输层层上蒸镀阴极电极Ag，厚度为100nm，得到量子点电致发光器件。
对比例1
与实施例4的区别为：上述纳米粒子11的材料为CdTe，其禁带宽度为1.49eV，小于ZnO功能材料的禁带宽度。
对比例2
与实施例4的区别为：电子功能层的制作过程中，取5mmol无水醋酸锌和4.5mmol乙醇胺混合于10ml乙二醇单甲醚中，形成功能材料的前驱体溶液；不加入纳米粒子，将功能材料的前驱体溶液以1500rpm的速度旋涂30s，设置在发光层的远离阴极的表面上；最后，在250℃下，加热30min上述混合物形成连续态的厚度为100nm ZnO功能层。
对比例3
与实施例4的区别为：上述电子功能层的制作过程包括：制备30mg/ml ZnO纳米晶乙醇溶液，2500rpm，30s旋涂ZnO纳米晶溶液于量子点发光层上，干燥后得到50nm厚度的功能层。
上述器件中各层的厚度的测量方法为台阶仪。纳米粒子的平均粒径通过透射显微镜统计计算得到。纳米粒子的粒径偏差通过动态光散射仪测定。纳米粒子间距的测试方法可以是拍横截面的原子力显微镜照片(上述实施例因没有设备未进行测试)。上述纳米粒子和基体的体积比例为大致估算值，应以实际情况为准。对上述各实施例与对比例的量子点电致发光器件的性能进行测试，采用Keithley2400测定量子点发光器件的电流密度-电压曲线，采用积分球(FOIS-1)结合海洋光学的光谱仪(QE-6500)测定量子点发光器件的亮度，根据测定得到的电流密度与亮度计算量子点发光器件的外量子效率，外量子效率表征在观测方向上发光器件发出的光子数与注入器件的电子数之间的比值，是表征器发光器件发光效率的重要参数，外量子效率越高，说明器件的发光效率越高。器件工作条件是电流密度等于50mA/cm2，工作一百小时后器件亮度与初始亮度的比值能够反映器件的稳定性，比值越高，器件越稳定。具体的测试结果见表1。
表2
由上述表2中的数据可知，以工作100小时后亮度/初始亮度(％)体现器件的稳定性。由上述表2中的数据可知，与对比例相比，各个实施例在效率和稳定性综合考虑后优于对比例，没有单方面效率高或者单方面稳定性好。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的功能层由纳米粒子和基体两个部分形成，各个纳米粒子分散于基体中，其剖面形成蜂窝状结构，基体使用功能材料，即电子功能材料或空穴功能材料，纳米粒子使用宽禁带的半导体材料和/或绝缘体材料。与现有的采用导电纳米晶的堆叠的功能层相比，基体对应的功能材料为连续的蜂窝(或者网络)结构，保证载流子传输通畅不受阻，避免了导电纳米晶之间因绝缘配体而导致的载流子传输性能变差的现象，能够保持良好的导电性；并且，由于导电的基体之间分散有多个宽带隙的纳米粒子，相比于现有的采用导电纳米晶堆叠的功能层相比，避免了导电纳米晶之间的融合的不稳定现象，相比于现有的采用连续的导电层相比，功能材料的实际晶筹尺寸受到纳米粒子间距的限制，并且由于相邻的两个纳米粒子表面之间的具有一定间距，纳米粒子分散在连续态基体的结构赋予了功能层量子限域效应，能够表现出纳米材料的性能。
2)、本申请的功能层的制作方法操作简单，制作效率高，并且制作得到的功能层由纳米粒子和基体两个部分形成，各个纳米粒子分散于基体中，其剖面形成蜂窝状结构，基体使用功能材料，即电子功能材料或空穴功能材料，纳米粒子使用宽禁带的半导体材料和/或绝缘体材料。与现有的采用导电纳米晶的堆叠的功能层相比，基体对应的功能材料为连续的蜂窝(或者网络)结构，保证载流子传输通畅不受阻，避免了导电纳米晶之间因绝缘配体而导致的载流子传输性能变差的现象，能够保持良好的导电性；并且，由于导电的基体之间分散有多个宽带隙的纳米粒子，相比于现有的采用导电纳米晶堆叠的功能层相比，避免了导电纳米晶之间的融合的不稳定现象，相比于现有的采用连续的导电层相比，功能材料的实际晶筹尺寸受到纳米粒子间距的限制，并且由于相邻的两个纳米粒子表面之间具有一定间距，功能层具有量子限域效应，能够表现出纳米材料的性能。
3)、本申请的发光器件由于包括上述的功能层，其外量子效率较高，器件性能较稳定。
4)、本申请的太阳能电池由于包括上述的功能层，其光电转换效率较高。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种功能层，其特征在于，所述功能层包括基体(12)和分散于所述基体(12)中的多个纳米粒子(11)，所述基体(12)的材料为用于传输和/或注入载流子的功能材料，所述纳米粒子(11)的材料为绝缘材料和/或半导体材料，所述纳米粒子(11)的禁带宽度大于所述功能材料的禁带宽度，且至少部分相邻的两个所述纳米粒子(11)之间的间距使得所述功能层具有量子限域效应。
2.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，相邻的两个所述纳米粒子(11)表面之间的最小距离在0.5～15nm之间，优选在3～5nm之间。
3.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，在所述功能层中，所述纳米粒子(11)的总体积和所述基体(12)的体积比为1:10～1:2。
4.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，所述纳米粒子(11)的平均粒径在1～100nm之间，优选在3～10nm之间。
5.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，所述功能层中的所述纳米粒子(11)的粒径相对标准偏差小于或等于15％，优选小于或等于10％。
6.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，多个所述纳米粒子(11)在所述基体(12)中呈空间点阵式排布。
7.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，所述纳米粒子(11)的材料包括宽禁带半导体材料，所述宽禁带半导体材料的禁带宽度Eg≥2.3eV。
8.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，所述纳米粒子(11)的材料包括绝缘材料，所述绝缘材料选自SiO2、ZrO2、HfO2、Al2O3与MgO中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于，所述功能材料包括电子功能材料或空穴功能材料；所述电子功能材料为n型半导体材料，优选所述n型半导体材料包括In2O3、SnO2、ITO、TiO2、V2O5、MoO3、WO3和ZnO中的至少一种；所述空穴功能材料为p型半导体材料，优选所述p型半导体材料包括CuO、Cu2O和NiO中的至少一种。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的功能层的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
步骤S1，制备所述功能材料的前驱体溶液；
步骤S2，向所述前驱体溶液中加入多个纳米粒子，形成混合物；
步骤S3，将所述混合物设置在基底上；以及
步骤S4，加热所述混合物，所述前驱体溶液变为基体且包裹在各所述纳米粒子的外侧，形成所述功能层。
11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，
在所述步骤S2中，所述纳米粒子和所述前驱体溶液在所述混合物中的体积比是1:100～1:3；
在所述步骤S3中，将所述混合物设置在所述基底上，所述混合物在500～5000rpm转速下旋涂成预功能层；
在所述步骤S4中，加热所述预功能层至100～300℃，加热的时间为30～60min，得到厚度为30～200nm的功能层。
12.一种电致发光器件，包括至少一层功能层，其特征在于，所述功能层为权利要求1至9中任一项所述的功能层。
13.一种太阳能电池，包括功能层，其特征在于，所述功能层为权利要求1至9中任一项所述的功能层。
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