CN110246972A - 量子点器件和电子装置 - Google Patents

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Abstract

公开了量子点器件和电子装置，所述量子点器件包括彼此面对的阳极和阴极、设置在所述阳极和所述阴极之间的量子点层、以及设置在所述阴极和所述量子点层之间的电子传输层，其中所述量子点层包括在可见区域中的波长区域的至少一部分中发射光的发射量子点和在可见区域中不发射的非发射量子点，且所述非发射量子点和电子传输层的LUMO能级之间的差值大于或等于约0.5eV。

Description

量子点器件和电子装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月09日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0028284和于2019年3月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0025444的优先权和权益，将其内容通过引用全部引入本文中。
技术领域
公开了量子点器件和电子装置。
背景技术
与块体(本体，bulk)材料不同，可通过改变其颗粒尺寸来控制纳米颗粒的物理特性(例如能带隙、熔点等)(其为固有特性)。例如，向也称为量子点的半导体纳米晶体提供光能或电能，并且其可发射与量子点的尺寸相对应的波长的光。因此，量子点可用作发射特定波长的光的发光元件。
包括量子点的量子点器件可用作发光元件。然而，量子点不同于常规的发光元件，因此需要改善量子点器件的性能的新方法。
发明内容
一种实施方式提供能够实现改进的性能的量子点器件。
另一实施方式提供包括所述量子点器件的电子装置。
根据一种实施方式，量子点器件包括彼此面对的阳极和阴极、设置在所述阳极和所述阴极之间的量子点层、以及设置在所述阴极和所述量子点层之间的电子传输层，其中所述量子点层包括在可见(光)区域中的波长区域的至少一部分中发射光的发射量子点和配置为在可见区域中不发射光的非发射量子点，并且所述非发射量子点的LUMO能级和电子传输层的LUMO能级之间的差值大于或等于约0.5eV。
非发射量子点的LUMO能级可比电子传输层的LUMO能级小约0.5eV或更大。
非发射量子点的LUMO能级可比电子传输层的LUMO能级小约0.5eV至约1.5eV。
非发射量子点的能带隙可大于发射量子点的能带隙。
非发射量子点的能带隙可大于或等于约3.0eV。
非发射量子点的LUMO能级可分别小于发射量子点的LUMO能级和电子传输层的LUMO能级。
非发射量子点的直径可小于发射量子点的直径。
量子点层可包括发射量子点和非发射量子点的混合物。
可以比发射量子点小的量包括非发射量子点。
可以小于或等于约20重量％的量包括非发射量子点，基于发射量子点和非发射量子点的总量。
量子点层可包括：第一量子点层，其包括发射量子点；和第二量子点层，其包括非发射量子点。
第二量子点层可比第一量子点层薄。
第二量子点层的厚度可小于或等于约20nm。
第一量子点层可比第二量子点层更靠近电子传输层。
发射量子点的HOMO能级可为约5.3eV至约7.5eV。
发射量子点可为具有核-壳结构的量子点，以及非发射量子点可为具有没有壳的核结构的量子点。
发射量子点的核可包括锌(Zn)、碲(Te)和硒(Se)，以及发射量子点的壳可包括ZnSeS、ZnS或其组合。
非发射量子点可包括ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS或其组合。
量子点器件可进一步包括设置在阳极和量子点层之间的空穴传输层，并且空穴传输层的HOMO能级可为约5.2eV至约7.3eV。
根据另一实施方式，电子装置包括所述量子点器件。
所述量子点器件的性能可改善。
附图说明
图1是根据一种实施方式的量子点器件的示意性横截面图，
图2A和2B是图1的量子点器件的量子点层中包括的发射量子点和非发射量子点的示意图，
图3是说明图1的量子点器件的示例性能级的能量图，
图4是示意性地示出根据另一实施方式的量子点器件的横截面图，和
图5是示出图4的量子点器件的示例性能级的能量图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本公开内容的实例实施方式，使得本领域技术人员理解本公开内容。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现，并且不被解释为限于本文所述的实例实施方式。。
在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被放大。在说明书中，相同的附图标记始终表示相同的元件。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，则不存在中间元件。
在下文中，功函数(WF)、HOMO能级和LUMO能级表示为距真空能级的绝对值。此外，当功函数、HOMO能级或LUMO能级被称为深的、高的或大的时，功函数、HOMO能级或LUMO能级具有基于“0eV”的真空能级的大的绝对值，而当功函数、HOMO能级或LUMO能级被称为浅的、低的或小的时，功函数、HOMO能级或LUMO能级具有基于“0eV”的真空能级的小的绝对值。
在下文中，参考附图描述根据实施方式的量子点器件。
图1是根据一种实施方式的量子点器件的示意性横截面图，图2是图1的量子点器件的量子点层中包括的发射量子点和非发射量子点的示意图，和图3是说明图1的量子点器件的示例性能级的能量图。
参考图1，根据一种实施方式的量子点器件10包括彼此面对的阳极11和阴极12、以及设置在阳极11和阴极12之间的电子传输层13、量子点层14、空穴传输层15和空穴注入层16。
基板(未示出)可设置在阳极11或阴极12的一侧。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、或它们的组合；或硅晶片。
阳极11可由具有相对大的功函数的导体制成以帮助空穴注入，并且可例如由金属、金属氧化物和/或导电聚合物制成。阳极11可例如由如下制成：金属或其合金诸如镍、铂、钒、铬、铜、锌和金；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)或氟掺杂的氧化锡；或者金属和氧化物的组合例如ZnO和Al或SnO2和Sb，但不限于此。
阴极12可由具有小的功函数的导体制成以帮助电子注入，并且可例如由金属、金属氧化物和/或导电聚合物制成。阴极12可为例如金属如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡、铅、铯、钡等或其合金；多层结构材料，例如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Ca、Liq/Al和BaF2/Ca，但不限于此。
阳极11和阴极12的至少一个可为光透射电极，并且该光透射电极可例如由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)或氟掺杂的氧化锡、或单层或多层的金属薄层制成。当阳极11和阴极12之一为非光透射电极时，它可由例如不透明导体例如铝(Al)、银(Ag)或金(Au)制成。
电子传输层13可设置在阴极12的一个表面上，并且可包括一个层或两个层或更多个层。电子传输层13可包括例如无机材料、有机材料和/或有机/无机材料。
电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)可等于或小于阴极12的功函数(WFc)。电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)和阴极12的功函数(WFc)之间的差值可小于或等于约0.5eV。例如，电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)可为约2.5eV至约4.3eV，例如约2.7eV至约4.0eV、或约2.7eV至约3.8eV。
电子传输层13可包括例如以下的至少一种：1,4,5,8-萘-四羧酸二酐(NTCDA)、浴铜灵(BCP)、三[3-(3-吡啶基)-2,4,6-三甲苯基]硼烷(3TPYMB)、LiF、Alq3、Gaq3、Inq3、Znq2、Zn(BTZ)2、BeBq2、ET204(8-(4-(4,6-二(萘-2-基)-1,3,5-三嗪-2-基)苯基)喹诺酮)、8-羟基喹啉锂(Liq)、n型金属氧化物(例如ZnO、HfO2等)、及其组合，但不限于此。
量子点层14包括发射量子点14a和非发射量子点14b。例如，发射量子点14a和非发射量子点14b可以混合物的形式存在于量子点层14中。
发射量子点14a可为在可见区域中的波长区域的至少一部分中发射光的量子点，例如发射蓝光、红光或绿光的量子点。在此，蓝光可具有例如约430nm至约470nm的峰值发射波长(λmax)，红光可具有例如约620nm至约660nm的峰值发射波长(λmax)，以及绿光可具有例如约510nm至约550nm的峰值发射波长(λmax)。发射量子点14a的发光波长可根据尺寸和/或组成来确定。
发射量子点14a可具有相对窄的半宽度(半峰全宽)(FWHM)。这里，FWHM为对应于峰值吸收点的一半的波长宽度，并且随着FWHM较窄，可发射在较窄波长区域中的光并且可获得高的色纯度。所述量子点可具有例如如下的FWHM：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、或小于或等于约28nm。
非发射量子点14b可为在可见区域中不发射光的量子点。非发射量子点14b对于在非可见区域、例如红外区域和/或紫外(UV)区域中的光没有特别限制。
发射量子点14a和非发射量子点14b可具有例如约1nm至约100nm、约1nm至约80nm、约1nm至约50nm、约1nm至约40nm、约1nm至约30nm、或约1nm至约20nm的颗粒直径(对于非球形形状，平均最大颗粒长度)。这里，非发射量子点14b的颗粒直径可小于发射量子点14a的颗粒直径，并且例如，非发射量子点14b的颗粒直径可为发射量子点14a的颗粒直径的约0.1倍至约0.9倍、约0.2倍至约0.8倍、约0.2倍至约0.7倍、约0.2倍至约0.6倍、或者约0.2倍至约0.5倍大。
发射量子点14a和非发射量子点14b为一般概念中的半导体纳米晶体，并且可具有多种形状，例如各向同性半导体纳米晶体、量子棒或量子板。发射量子点14a和非发射量子点14b可独立地包括例如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、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。II-VI族半导体化合物可例如选自：选自CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、MgSe、MgS及其混合物的二元化合物；选自CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、MgZnSe、MgZnS及其混合物的三元化合物；和选自ZeSeSTe、HgZnTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe及其混合物的四元化合物，但不限于此。III-VI族半导体化合物可例如选自：选自GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb及其混合物的二元化合物；选自GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb及其混合物的三元化合物；和选自GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb及其混合物的四元化合物，但不限于此。IV-VI族半导体化合物可例如选自：选自SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe及其混合物的二元化合物；选自SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe及其混合物的三元化合物；和选自SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe及其混合物的四元化合物，但不限于此。IV族半导体可例如选自：选自Si、Ge及其混合物的一元半导体；和选自SiC、SiGe及其混合物的二元半导体化合物，但不限于此。I-III-VI族半导体化合物可例如选自CuInSe2、CuInS2、CuInGaSe、CuInGaS及其混合物，但不限于此。I-II-IV-VI族半导体化合物可例如选自CuZnSnSe、CuZnSnS及其混合物，但不限于此。I-III-V族半导体化合物可包括例如InZnP，但不限于此。
发射量子点14a和非发射量子点14b可独立地以基本均匀的浓度分布或部分不同的浓度分布包括所述一元半导体、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，发射量子点14a和非发射量子点14b可包括非镉基量子点。镉(Cd)可引起严重的环境/健康问题，并且在许多国家是被限制有害物质指令(Restriction of HazardousSubstances Directive)(RoHS)限制的元素，且因此可有效地使用非镉基量子点。
例如，发射量子点14a可具有包括核14aa和壳14ab的核-壳结构，如图2A中所示。例如，发射量子点14a的壳14ab的材料组成可具有比发射量子点14a的核14aa的材料组成更高的能带隙。因此，可呈现量子限制效应，且从而可发射光。例如，发射量子点14a的壳14ab可为单层或多层。例如，远离核的多层壳的壳可具有比靠近核的壳更高的能带隙，且从而量子点可呈现量子限制效应。构成发射量子点14a的核14aa的材料和构成壳14ab的材料可彼此不同，并且可在能够实现量子限制效应的范围内分别从上述半导体化合物中选择。
例如，发射量子点14a可包括例如，包括基于Zn-Te-Se的第一半导体化合物的核和包括第二半导体化合物的壳，所述基于Zn-Te-Se的第一半导体化合物包括锌(Zn)、碲(Te)和硒(Se)，所述壳设置在核的至少一部分上并包括具有与核的组成不同的组成的第二半导体化合物。核-壳结构的发射量子点14a可发射具有在小于或等于约470nm的波长范围、例如约430nm至约470nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝光。
基于Zn-Te-Se的第一半导体化合物可为例如包含少量碲(Te)的基于Zn-Se的半导体化合物，和例如为由ZnTexSe1-x表示的半导体化合物(其中，x大于约0且小于或等于约0.05)。
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，并且硒(Se)的摩尔量可大于碲(Te)的摩尔量。例如，在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、小于或等于约0.049、小于或等于约0.048、小于或等于约0.047、小于或等于约0.045、小于或等于约0.044、小于或等于约0.043、小于或等于约0.042、小于或等于约0.041、小于或等于约0.04、小于或等于约0.039、小于或等于约0.035、小于或等于约0.03、小于或等于约0.029、小于或等于约0.025、小于或等于约0.024、小于或等于约0.023、小于或等于约0.022、小于或等于约0.021、小于或等于约0.02、小于或等于约0.019、小于或等于约0.018、小于或等于约0.017、小于或等于约0.016、小于或等于约0.015、小于或等于约0.014、小于或等于约0.013、小于或等于约0.012、小于或等于约0.011、或者小于或等于约0.01。例如，在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、小于或等于约0.019、小于或等于约0.018、小于或等于约0.017、小于或等于约0.016、小于或等于约0.015、小于或等于约0.014、小于或等于约0.013、小于或等于约0.012、小于或等于约0.011、或者小于或等于约0.01。
第二半导体化合物可例如选自具有比第一半导体化合物大的能带隙的半导体化合物，并且可为例如满足这样的能带隙的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、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。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、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上述相同。例如，第二半导体化合物可包括锌(Zn)、硒(Se)和/或硫(S)。例如，壳可包括ZnSeS和/或ZnS。例如，壳可具有一种组分的浓度梯度，且例如，硫(S)的量可随远离核而增加。
例如，发射量子点14a可包括例如：包括包含铟(In)、锌(Zn)和磷(P)的基于In-Zn-P的第三半导体化合物的核，和设置在所述核的至少一部分上并包括具有与所述核不同组成的第四半导体化合物的壳。具有这样的核-壳结构的发射量子点14a可发射蓝光、绿光或红光。例如，蓝光可具有在小于或等于约470nm的波长范围、例如约430nm至约470nm的波长范围内的峰值发射波长。
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。例如，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28、大于或等于约29、或者大于或等于约30。例如，在基于In-Zn-P的第一半导体化合物中，锌(Zn)相对于铟(In)的摩尔比可小于或等于约55，例如小于或等于约50、小于或等于约45、小于或等于约40、小于或等于约35、小于或等于约34、小于或等于约33、或者小于或等于约32。
第四半导体化合物可例如选自具有比第三半导体化合物大的能带隙的半导体化合物，并且可为例如满足这样的能带隙的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、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。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、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上述相同。例如，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，壳可包括至少一个靠近核设置的内壳和设置在量子点的最外面壳处的最外壳，并且内壳和最外壳的至少一个可包括ZnS或ZnSeS的第四半导体化合物。
作为实例，非发射量子点14b可具有没有壳的核结构，如图2B中所示。因此，非发射量子点14b可不发射光，因为它不像发射量子点14a那样具有量子限制效应。非发射量子点14b可选自上述半导体化合物，并且可包括例如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、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，例如ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS或其组合。
发射量子点14a和非发射量子点14b可具有不同的能级，并且例如，非发射量子点14b的能带隙可大于发射量子点14a的能带隙。例如，非发射量子点14b的能带隙可大于或等于约3.0eV、大于或等于约3.1eV、大于或等于约3.2eV、大于或等于约3.4eV、大于或等于约3.6eV、大于或等于约3.8eV、或者大于或等于约4.0eV，和在例如约3.0eV至约5.5eV、约3.1eV至约5.5eV、约3.2eV至约5.5eV、约3.4eV至约5.5eV、约3.6eV至约5.5eV、约3.8eV至约5.5eV、或约4.0eV至约5.5eV的范围内。
例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可小于发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))。例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可比发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))小：大于或等于约0.2eV、大于或等于约0.4eV、大于或等于约0.5eV、大于或等于约0.7eV、或大于或等于约0.9eV，和在例如约0.2eV至约1.5eV、约0.4eV至约1.5eV、约0.5eV至约1.5eV、约0.7eV至约1.5eV、或约0.9eV至约1.5eV的范围内小于发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))。
例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可不同于电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)，并且非发射量子点14b和电子传输层(ETL)13的LUMO能级之间的差值(Δd)可例如大于或等于约0.5eV。例如，非发射量子点14b和电子传输层(ETL)13的LUMO能级之间的差值(Δd)可为约0.5eV至约1.5eV。例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可比电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)小：大于或等于约0.5eV，和例如，非发射量子点14b的LUMO能级可比电子传输层13的LUMO能级小约0.5eV至约1.5eV。
例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可小于发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))和电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)。例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可比发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))和电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)小：大于或等于约0.5eV。例如，非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))可比发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))和电子传输层13的LUMO能级(LUMOETL)小约0.5eV至约1.5eV。由于非发射量子点14b的低的LUMO能级，非发射量子点14b充当对从电子传输层13移动到量子点层14的电子的屏障(势垒)以降低电子迁移率。
通常，在量子点器件中，空穴和电子的迁移率可不同，并且例如，电子的迁移率可高于空穴的迁移率。因此，在从阳极11移动到量子点层14的空穴与从阴极12移动到量子点层14的电子之间的迁移率失衡可发生，且因此，电子可不与空穴在量子点层14的发射位置处耦合并且未耦合的电子可在量子点层14和空穴传输层15之间的界面处累积。如上所述，在量子点层14和空穴传输层15之间的界面处累积的电子使量子点器件劣化，从而缩短量子点器件的寿命。
在本实施方式中，具有相对低的LUMO能级的非发射量子点14b可被包括在量子点层14中，使得可控制从电子传输层13移动到量子点层14的电子的迁移率。因此，可使在从阳极11移动到量子点层14的空穴和从阴极12移动到量子点层14的电子之间的迁移率平衡以提高量子点器件10的发光效率，并且可防止电子在量子点层14和空穴传输层15之间的界面处累积，从而改善量子点器件的寿命特性。
发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))可等于或不同于非发射量子点14b的HOMO能级(HOMOQD(14b))。发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))和非发射量子点14b的HOMO能级(HOMOQD(14b))可为相对高的，并且可为例如大于或等于约5.3eV、大于或等于约5.4eV、大于或等于约5.5eV、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。发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))和非发射量子点14b的HOMO能级(HOMOQD(14b))可为例如约5.3eV至约7.5eV、约5.3eV至约7.2eV、约5.4eV至约7.2eV、约5.4eV至约7.0eV、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为约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、约5.8eV至约6.1eV、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、或者约6.0eV至约6.2eV。
如上所述，发射量子点14a和非发射量子点14b可以混合物的形式存在于量子点层14中。在这种情况下，可以比发射量子点14a少的量包括非发射量子点14b。例如，可以小于约50重量％，例如小于或等于约40重量％、小于或等于约30重量％、或者小于或者等于约20重量％的量包括非发射量子点14b，基于发射量子点14a和非发射量子点14b的总量。
量子点层14可具有例如约5nm至200nm、约10nm至约150nm、约10nm至约100nm、约15nm至约80nm、约20nm至约50nm、或者约25nm至约40nm的厚度。
空穴传输层15和空穴注入层16可设置在阳极11和量子点层14之间，其中空穴传输层15设置在量子点层14侧，而空穴注入层16设置在阳极11侧，并且从阳极11提供的空穴可穿过空穴注入层16和空穴传输层15传输至量子点层14。例如，空穴传输层15可与量子点层14接触，并且空穴注入层16可与阳极11接触。
空穴注入层16的HOMO能级(HOMOHIL)可在阳极11的功函数和量子点层14的HOMO能级之间，并且可为例如约5.0eV至约5.5eV。
空穴注入层16可包括导电化合物，例如导电金属氧化物、导电单体、导电低聚物、导电聚合物和/或导电离子化合物，例如具有大于或等于约1x10-7S/cm的导电率的导电金属氧化物、导电单体、导电低聚物、导电聚合物和/或导电离子化合物，例如具有约1x10-7S/cm至约1000S/cm的导电率的导电金属氧化物、导电单体、导电低聚物、导电聚合物和/或导电离子化合物。导电化合物可包括例如聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚(对亚苯基)、聚芴、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT：PSS)、其衍生物、或其组合，但不限于此。
空穴传输层15的HOMO能级(HOMOHTL)可在空穴注入层16的HOMO能级(HOMOHIL)和量子点层14的发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))之间。因此，可从空穴注入层16至量子点层14形成阶梯状能级，并且可有效地增加空穴迁移率。
空穴传输层15的HOMO能级(HOMOHTL)可像量子点层14一样具有相对高的HOMO能级以匹配量子点层14的发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))。
例如，空穴传输层15的HOMO能级(HOMOHTL)与量子点层14的发射量子点14a的量子点的HOMO能级(HOMOQD(14a))之间的差值可小于或等于约0.5eV，例如约0eV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、或者约0.01eV至约0.1eV。例如，空穴传输层15的HOMO能级(HOMOHTL)可等于量子点层14的发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))或在小于或等于约0.5eV的范围内小于量子点层14的发射量子点14a的HOMO能级(HOMOQD(14a))。
例如，空穴传输层15的HOMO能级(HOMOHTL)可大于或等于约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15的HOMO能级(HOMOHTL)可为约5.2eV至约7.3eV、约5.4eV至约7.3eV、约5.4eV至约7.1eV、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、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、或者约5.8eV至约6.1eV。
空穴传输层15可没有特别限制，只要材料满足所述能级，并且可包括例如选自以下的聚合物：聚(9,9-二辛基-芴-共-N-(4-丁基苯基)-二苯胺)(TFB)、聚芳基胺、聚(N-乙烯基咔唑)、聚苯胺、聚吡咯、N,N,N',N'-四(4-甲氧基苯基)-联苯胺(TPD)、4-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)、4,4',4”-三[苯基(间-甲苯基)氨基]三苯基胺(m-MTDATA)、4,4',4”-三(N-咔唑基)-三苯基胺(TCTA)、1,1-双[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷(TAPC)，p型金属氧化物(例如NiO、WO3或MoO3)，或基于碳的材料例如氧化石墨烯，但不限于此。
图4是示意性地示出根据另一实施方式的量子点器件的横截面图。
参考图4，与上述实施方式不同，根据本实施方式的量子点器件10包括彼此面对的阳极11和阴极12、以及设置在阳极11和阴极12之间的电子传输层13、量子点层14、空穴传输层15、和空穴注入层16。
然而，根据本实施方式的量子点器件与上述实施方式的不同之处在于，量子点层14包括靠近电子传输层13并包括发射量子点14a的第一量子点层14-1和靠近空穴传输层15并包括非发射量子点14b的第二量子点层14-2。
第一量子点层14-1可包括上述发射量子点14a，并且可包括发射位点，在该发射位点处从阳极11供应的空穴和从阴极12供应的电子结合以发射光。
第二量子点层14-2可包括非发射量子点14b并且不包括发射位点。如上所述，第二量子点层14-2中包括的非发射量子点14b的LUMO能级(LUMOQD(14b))小于发射量子点14a的LUMO能级(LUMOQD(14a))，且因此，可减少和/或阻挡电子的迁移率，使得穿过第一量子点14-1的电子可无法流入空穴传输层15中。也就是说，第二量子点层14-2充当电子阻挡层以防止电子在量子点层14和空穴传输层15之间的界面处累积，且从而可减少和/或防止量子点器件的劣化。
第二量子点层14-2可比第一量子点层14-1薄。第二量子点层14-2的厚度可为小于或等于约20nm，例如约1nm至约20nm、约1nm至约18nm、约1nm至约15nm、约1nm至约12nm、约1nm至约10nm，但不限于此。
电子传输层13、量子点层14、空穴传输层15和空穴注入层16可例如用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、喷涂和/或刮刀涂布，但不限于此。
所述量子点器件可例如应用于多种电子装置，例如显示装置或照明装置等。
在下文中，参考实施例更详细地说明实施方式。然而，这些实施例是示例性的，并且本范围不限于此。
量子点的合成
合成例1
步骤1：ZnTeSe核的合成
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0.125mmol乙酸锌、0.25mmol棕榈酸和0.25mmol十六烷基胺与10mL三辛基胺一起加入反应器中，然后在120℃在真空下加热。1小时后，将反应器中的气氛转化为氮气。
在300℃下加热反应器后，以1/25的Te/Se比率向其快速地加入Se/TOP原液和Te/TOP原液。在10、20或60分钟后，将反应溶液快速冷却至室温，向其加入丙酮，并且将通过离心混合物得到的沉淀物分散在甲苯中以获得ZnTeSe量子点。
步骤2：ZnTeSe核/ZnSeS壳发射量子点的合成
将1.8mmol(0.336g)乙酸锌、3.6mmol(1.134g)油酸和10mL三辛基胺加入烧瓶中，并在120℃下抽真空10分钟。用氮气(N2)置换烧瓶内部并在180℃下加热。在10秒内将合成例1中得到的ZnTeSe核放入其中，然后缓慢注入0.04mmol Se/TOP，然后在280℃下加热。然后，向其加入0.01mmol S/TOP并在320℃下加热且反应10分钟。随后，缓慢注入0.02mmolSe/TOP和0.04mmol S/TOP的混合溶液并再次反应20分钟。然后，重复以下步骤：通过改变其混合比注入Se和S并使其反应20分钟。Se和S的混合溶液依次地使用0.01mmol Se/TOP+0.05mmol S/TOP的混合溶液、0.005mmol Se/TOP+0.1mmol S/TOP的混合溶液、和0.5mmolS/TOP的溶液。在完成所有反应后，冷却反应器，用乙醇使制备的纳米晶体沉淀，并将得到的纳米晶体用乙醇离心和分散在甲苯中以获得ZnTeSe/ZnSeS核-壳发射量子点。
合成例2：ZnS核非发射量子点的制备
将硫(S)分散在三辛基膦(TOP)中以获得1M S/TOP原液。将二乙基锌溶解在己烷中以获得1M二乙基锌原液。将包括油酸的有机配体和二乙基锌原液溶于300ml烧瓶中的三辛基胺中，并在120℃在真空下加热。在将烧瓶中的气氛转化为惰性气体后，将S/TOP原液注入烧瓶中并加热至300℃且反应40分钟。在反应后，将反应溶液快速冷却至室温并向其加入乙醇，且将通过离心混合物得到的沉淀物分散在甲苯中以获得ZnS非发射量子点。Zn：S的摩尔比约为2：1。
量子点器件I的制造
实施例1
将沉积有ITO(WF：4.8eV)的玻璃基板用UV-臭氧表面处理15分钟，用PEDOT：PSS溶液(H.C.Starks Co.，Ltd.)旋涂，并在空气气氛下在150℃热处理10分钟，然后在N2气氛下在150℃热处理10分钟以形成25nm厚的空穴注入层(HOMO：5.3eV，LUMO：2.7eV)。随后，在空穴注入层上，通过如下形成25nm厚的空穴传输层(HOMO：5.6eV，LUMO：2.7eV)：旋涂空穴传输材料(聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,4'-(N-(4-仲丁基苯基)二苯基胺)]，Sumitomo Chemical Co.，Ltd.)，并在150℃下将其热处理30分钟。然后，在空穴传输层上，通过如下形成量子点层(HOMO：5.7eV，LUMO：3.0eV)：旋涂以95：5(重量：重量)的比例包括在合成例1中得到的ZnTeSe/ZnSeS核/壳发射量子点(峰值发射波长：453nm)和在合成例2中得到的ZnS核非发射量子点的溶液，并在150℃下将其热处理30分钟。然后，在量子点层上，通过真空沉积电子传输材料(基于蒽的材料和基于吡唑的材料的共混材料，Novaled)形成40nm厚的电子传输层(LUMO：2.9eV)，并通过将Liq真空沉积至5nm和将铝(Al)真空沉积至100nm在其上形成阴极以制造量子点器件。
实施例2
以与实施例1相同的方式制造量子点器件，除了如下之外：使用以80：20(重量：重量)的比例包括ZnTeSe/ZnSeS核/壳发射量子点和ZnS核非发射量子点的溶液形成量子点层。
对比例1
以与实施例1相同的方式制造量子点器件，除了如下之外：量子点层仅包括ZnTeSe/ZnSeS核/壳发射量子点，代替ZnTeSe/ZnSeS核/壳发射量子点和ZnS核心非发射量子点的混合物。
评价I
评价根据实施例1和2以及对比例1的量子点器件的电流-电压-发光特性。
通过使用Keithley 220电流源和Minolta CS200分光辐射谱仪评估电流-电压-发光特性。
结果示于表1中。
[表1]
*EQEmax:最大外量子效率
*EQE@100尼特:在100尼特下的外量子效率
*EQE@500尼特:在500尼特下的外量子效率
*Cd/Amax:最大电流效率
*Cd/m2@5mA:在5mA下的亮度
参照表1，与根据对比例1的量子点器件相比，根据实施例1和2的量子点器件显示出改善的发光效率和亮度。
量子点器件II的制造
实施例3
将沉积有ITO(WF：4.8eV)的玻璃基板用UV-臭氧表面处理15分钟，用PEDOT：PSS溶液(H.C.Starks Co.，Ltd.)旋涂，并在空气气氛下在150℃热处理10分钟，然后在N2气氛下在150℃热处理10分钟以形成25nm厚的空穴注入层(HOMO：5.3eV，LUMO：2.7eV)。随后，在空穴注入层上，通过如下形成25nm厚的空穴传输层(HOMO：5.6eV，LUMO：2.7eV)：旋涂空穴传输材料(聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,4'-(N-(4-仲丁基苯基)二苯基胺)]，Sumitomo Chemical Co.，Ltd.)，并在150℃下将其热处理30分钟。然后，在空穴传输层上，通过如下形成5nm厚的下部量子点层(HOMO：6.3eV，LUMO：2.1eV)：旋涂在合成例2中得到的ZnS核非发射量子点，并在150℃下将其热处理30分钟。然后，在下部量子点层上，通过如下形成20nm厚的上部量子点层(HOMO：5.7eV，LUMO：3.0eV)：旋涂在合成例1中得到的ZnTeSe/ZnSeS核/壳发射量子点(峰值发射波长：453nm)，并在150℃下将其热处理30分钟。然后，在上部量子点层上，通过真空沉积电子传输材料(基于蒽的材料和基于吡唑的材料的共混材料，Novaled)形成40nm厚的电子传输层(LUMO：2.9eV)，并通过将Liq真空沉积至5nm并将铝(Al)真空沉积至100nm在其上形成阴极以制造量子点器件。
对比例2
以与实施例3中相同的方式制造量子点器件，除了如下之外：未形成下部量子点层。
评价II
评价根据实施例3以及对比例2的量子点器件的电流-电压-发光特性。
结果示于表2中。
[表2]
实施例3 对比例2
EQE<sub>max</sub> 4.3 2.7
EQE@100尼特 4.3 2.7
EQE@500尼特 3.6 2.5
Cd/A<sub>max</sub> 3.1 2.1
Cd/m<sup>2</sup>@5mA 148.5 107.8
λ<sub>max</sub> 457 457
半宽度(FWHM)(nm) 30 31
CIE x 0.1448 0.1450
CIE y 0.0726 0.0825
参照表2，与根据对比例2的量子点器件相比，根据实施例3的量子点器件表现出改善的发光效率和亮度。
虽然已经结合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公开的实施方式。相反，其旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种修改和等同布置。

Claims (20)

1.量子点器件，包括
彼此面对的阳极和阴极，
设置在所述阳极和所述阴极之间的量子点层，以及
设置在所述阴极和所述量子点层之间的电子传输层，
其中所述量子点层包括配置成在可见区域中的波长区域的至少一部分中发射光的发射量子点和配置成在可见区域中不发射光的非发射量子点，且
所述非发射量子点和所述电子传输层的LUMO能级之间的差值大于或等于0.5eV。
2.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述非发射量子点的LUMO能级比所述电子传输层的LUMO能级小0.5eV或更大。
3.如权利要求2所述的量子点器件，其中所述非发射量子点的LUMO能级比所述电子传输层的LUMO能级小0.5eV至1.5eV。
4.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述非发射量子点的能带隙大于所述发射量子点的能带隙。
5.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述非发射量子点的能带隙大于或等于3.0eV。
6.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述非发射量子点的LUMO能级分别小于所述发射量子点的LUMO能级和所述电子传输层的LUMO能级。
7.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述非发射量子点的直径小于所述发射量子点的直径。
8.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述量子点层包括所述发射量子点和所述非发射量子点的混合物。
9.如权利要求8所述的量子点器件，其中以比所述发射量子点少的量包括所述非发射量子点。
10.如权利要求8所述的量子点器件，其中以小于或等于20重量％的量包括所述非发射量子点，基于所述发射量子点和所述非发射量子点的总量。
11.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述量子点层包括：
包括所述发射量子点的第一量子点层，和
包括所述非发射量子点的第二量子点层。
12.如权利要求11所述的量子点器件，其中所述第二量子点层比所述第一量子点层薄。
13.如权利要求11所述的量子点器件，其中所述第二量子点层的厚度小于或等于20nm。
14.如权利要求11所述的量子点器件，其中所述第一量子点层比所述第二量子点层更靠近所述电子传输层。
15.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述发射量子点的HOMO能级为5.3eV至7.5eV。
16.如权利要求1所述的量子点器件，其中所述发射量子点具有核-壳结构，和
所述非发射量子点具有没有壳的核结构。
17.如权利要求16所述的量子点器件，其中
所述发射量子点的核包括锌(Zn)、碲(Te)和硒(Se)，且
所述发射量子点的壳包括ZnSeS、ZnS或其组合。
18.如权利要求16所述的量子点器件，其中所述非发射量子点包括ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS或其组合。
19.如权利要求1所述的量子点器件，进一步包括设置在所述阳极和所述量子点层之间的空穴传输层，且
所述空穴传输层的HOMO能级为5.2eV至7.3eV。
20.电子装置，其包括如权利要求1-19任一项所述的量子点器件。
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