CN112164741B - 电荷传输层及发光器件 - Google Patents

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CN112164741B CN202011042037.2A CN202011042037A CN112164741B CN 112164741 B CN112164741 B CN 112164741B CN 202011042037 A CN202011042037 A CN 202011042037A CN 112164741 B CN112164741 B CN 112164741B
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Abstract

本申请公开了一种电荷传输层，应用于具有一发光层的发光器件，电荷传输层包括多个复合纳米粒子，其中，每个复合纳米粒子包括一第一粒子和包覆第一粒子的一层包覆层，包覆层为具有与发光层能级匹配的导电纳米层，以及，第一粒子为具有高载流子迁移率的导电纳米颗粒。还公开了一种发光器件，包括一第一电极、一第二电极、一发光层及上述电荷传输层，在第一电极和第二电极中的任一者与发光层之间设置电荷传输层。

Description

电荷传输层及发光器件
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种电荷传输层及发光器件。
背景技术
得益于诸如高载流子迁移率，带隙可调，适配柔性制程，尤其是加工工艺简单且成本低等优异性能，钙钛矿材料在一系列光电子器件领域获得了极大关注。特别的，钙钛矿材料表现出的高发光效率，窄发射，连续可见光范围光谱可调等特点，使其有望应用于显示领域，尤其是高端显示。
目前主流的钙钛矿发光二极管采用叠层器件结构，即钙钛矿发光层和正负电极之间夹有空穴传输层和电子传输层，电荷传输层的存在，能够大幅提升钙钛矿发光器件的效率及器件寿命，是开发高性能光电器件的重要一环；理想的电荷传输层应当具备与钙钛矿发光层匹配的能级、优异的载流子迁移率及较高的导电性；目前普遍使用的电荷传输层材料多为有机半导体，如PEDOT:PSS,PTAA,TPBi,B3PY,BCP等，但考虑到稳定性及寿命，有机材料具有一定弊端。无机氧化物材料具有优良稳定性及载流子迁移特性，如NiO,SnO2等，但无机氧化物材料往往不能兼具迁移率与能级匹配的优点，且无机离子表面的缺陷会大幅提升非辐射复合的概率。
因此，现需提供一种新的电荷传输层及发光器件。
发明内容
本申请实施例提供一种电荷传输层及发光器件，电荷传输层应用于具有一发光层的发光器件，每个所述复合纳米粒子包括一第一粒子和包覆第一粒子的一层包覆层，包覆层为具有与发光层能级匹配的导电纳米层，第一粒子为具有高载流子迁移率的导电纳米颗粒。本申请具有复合纳米粒子的电荷传输层，使得发光器件具有稳定性、高迁移率、能级匹配等优点。
本申请实施例提供一种电荷传输层，应用于具有一发光层的发光器件，所述电荷传输层包括多个复合纳米粒子，每个所述复合纳米粒子包括一第一粒子和包覆所述第一粒子的一层包覆层，其中，所述第一粒子为具有高载流子迁移率的导电纳米颗粒，所述包覆层为具有与所述发光层能级匹配的导电纳米层。
在一些实施例中，所述复合纳米粒子还包括至少一层间包覆层，所述层间包覆层为包覆所述第一粒子并由所述包覆层所包覆的层，且所述层间包覆层为用于能级过渡并具有载流子迁移率的导电纳米层。
在一些实施例中，所述第一粒子、所述层间包覆层及所述包覆层的材料均为氧化物半导体材料。
在一些实施例中，当所述发光层的材料为FAPbBr3时，所述第一粒子为氧化锌导电纳米颗粒，所述包覆层为二氧化钛导电纳米层。
在一些实施例中，当所述发光层的材料为MAPbI3时，所述第一粒子为氧化锡导电纳米颗粒，所述包覆层为氧化锌导电纳米层。
在一些实施例中，当所述发光层的材料为FAPbBr3时，所述第一粒子为氧化锡导电纳米颗粒，所述层间包覆层为氧化锌导电纳米层，所述包覆层为二氧化钛导电纳米层。
在一些实施例中，当所述发光层的材料为MAPbI3时，所述第一粒子为氧化锌导电纳米颗粒，所述层间包覆层为二氧化钛导电纳米层，所述包覆层为ZnMgO导电纳米层。
在一些实施例中，所述复合纳米粒子的粒径尺寸范围为10nm～1000nm。
在一些实施例中，所述电荷传输层包括电子传输层和空穴传输层中的至少一者。
本申请还提供一种发光器件，包括一第一电极、一第二电极及设置于所述第一电极与所述第二电极之间的一发光层，还包括如上所述的电荷传输层，其中，在所述第一电极和所述第二电极中的任一者与所述发光层之间设置所述电荷传输层。。
本申请还提供一种电荷传输层，应用于具有一发光层的发光器件，所述电荷传输层包括多个复合纳米粒子，每个所述复合纳米粒子包括一第一粒子、包覆所述第一粒子的一层包覆层，以及至少一层间包覆层，其中，所述层间包覆层为包覆所述第一粒子并由所述包覆层所包覆的层；并且，所述第一粒子为具有高载流子迁移率的导电纳米颗粒，所述包覆层为具有与所述发光层能级匹配的导电纳米层，所述层间包覆层为用于能级过渡并具有载流子迁移率的导电纳米层。
本申请实施例提供的所述电荷传输层，应用于具有一发光层的发光器件，所述电荷传输层包括多个复合纳米粒子，每个所述复合纳米粒子包括一第一粒子和包覆所述第一粒子的一层包覆层，其中，所述包覆层为具有与所述发光层能级匹配的导电纳米层，所述包覆层用于电荷的高效注入，所述第一粒子为具有高电子迁移率的导电纳米颗粒，所述第一粒子用于电荷的高效运输。可选择地，所述复合纳米粒子还包括至少一包覆所述第一粒子并由所述包覆层所包覆的层间包覆层，所述层间包覆层为用于能级过渡并具有载流子迁移率的导电纳米层。此外，所述第一粒子、所述包覆层及所述层间包覆层的材料均为氧化物半导体；所述发光层为无机钙钛矿，所述电荷传输层具有稳定性、高迁移率、能级匹配特性，对于发展高性能的钙钛矿发光及类似发光器件如量子点发光二极管以及其它光电器件具有重要意义及实用价值。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请一实施例提供的复合纳米粒子的结构示意图。
图2为本申请另一实施例提供的复合纳米粒子的结构示意图。
图3为本申请实施例中发光器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1和图3，图1为本申请一实施例提供的复合纳米粒子的结构示意图，图3为本申请实施例中发光器件的结构示意图。本申请提供一种电荷传输层，应用于一具有发光层10的发光器件100，所述电荷传输层包括多个复合纳米粒子1。如图1所示的，每个所述复合纳米粒子1包括一第一粒子2和包覆所述第一粒子2的一层包覆层3，，所述包覆层3为具有与所述发光层10能级分布相匹配的导电纳米层，且所述包覆层3的表面缺陷低，所述包覆层3用于载流子的高效注入，以及，所述第一粒子2为具有高载流子迁移率的导电纳米颗粒，所述第一粒子2用于载流子(或电荷)的高效运输。
请参阅图2，图2为本申请另一实施例提供的复合纳米粒子的结构示意图。本实施例中，与图1所示的上一实施例的不同之处在于，如图2所示的，本实施例所述复合纳米粒子1还包括至少一层间包覆层4，所述层间包覆层4为包覆所述第一粒子2并由所述包覆层3所包覆的层，且所述层间包覆层4为用于能级过渡并具有载流子迁移率的导电纳米层，以及所述第一粒子2、包覆层3及所述层间包覆层4均具有高导电性。需要进行说明的是，所述层间包覆层4主要起到能级平缓过渡的作用，在所述层间包覆层4满足具备能级过渡及能级匹配性能的基础上，进一步所述层间包覆层4还需要具有较好的载流子传输性能，所述层间包覆层4用于电荷的高效传输。
在本申请中，所述复合纳米粒子1的材料为氧化物半导体材料，其中，所述第一粒子2、所述包覆层3以及所述层间包覆层4均为氧化物半导体材料，例如氧化物半导体材料包括但不限于氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2,)、ZnMgO中的至少一种。
续见图1，在一种优选实施例中，所述复合纳米粒子1为具有两层结构的膜层，所述复合纳米粒子1包括一个所述第一粒子2和一层所述包覆层3。其中，当所述发光层10的材料为FAPbBr3时，所述第一粒子2为氧化锌(ZnO)导电纳米颗粒，所述包覆层3为二氧化钛(TiO2,)导电纳米层。其中，所述TiO2,导电纳米层与所述ZnO导电纳米颗粒之间的能级不匹配即能量非对齐，所述TiO2,导电纳米层与所述发光层10即FAPbBr3的能级相匹配，所述TiO2,导电纳米层用于载流子的高效注入，所述ZnO导电纳米颗粒用于载流子的高效传输。
在另一种优选实施例中，当所述发光层10的材料为MAPbI3时，所述第一粒子2为氧化锡(SnO2)导电纳米颗粒，所述包覆层3为氧化锌(ZnO)导电纳米层。其中，所述ZnO导电纳米层与所述所述SnO2导电纳米颗粒之间的能级不匹配即能量非对齐，所述ZnO导电纳米层与所述发光层10即FAPbBr3的能级相匹配，所述ZnO导电纳米层用于载流子的高效注入，所述SnO2导电纳米颗粒用于载流子的高效传输。
续见图2，在一种优选实施例中，所述复合纳米粒子1为具有三层结构的膜层，所述复合纳米粒子1包括一个所述第一粒子2、一层所述包覆层3及一层包覆所述第一粒子2并由所述包覆层3所包覆的所述层间包覆层4。其中，当所述发光层10的材料为FAPbBr3时，所述第一粒子为氧化锡(SnO2)导电纳米颗粒，所述层间包覆层为氧化锌(ZnO)导电纳米层，所述包覆层为二氧化钛(TiO2,)导电纳米层。其中，所述TiO2,导电纳米层、所述SnO2导电纳米颗粒及所述ZnO导电纳米层之间的能级不匹配即能量非对齐，所述TiO2,导电纳米层与所述发光层10即FAPbBr3的能级相匹配，所述TiO2,导电纳米层用于载流子的高效注入，所述SnO2导电纳米颗粒用于载流子的高效传输，所述ZnO导电纳米层用于能级过渡并用于载流子的高效传输。
在另一些优选实施例中，当所述发光层10的材料为MAPbI3时，所述第一粒子为氧化锌(ZnO)导电纳米颗粒，所述层间包覆层为二氧化钛(TiO2,)导电纳米层，所述包覆层为ZnMgO导电纳米层。其中，所述ZnMgO导电纳米层、所述ZnO导电纳米颗粒及所述TiO2,导电纳米层之间的能级不匹配即能量非对齐，所述ZnMgO导电纳米层与所述发光层10即FAPbBr3的能级相匹配，所述ZnMgO导电纳米层用于载流子的高效注入，所述ZnO导电纳米颗粒用于载流子的高效传输，所述TiO2,导电纳米层用于能级过渡并用于载流子的高效传输。在本申请中，所述复合纳米粒子1包括但不限于为仅具有一所述第一粒子2并具有一层所述包覆层3的膜层，所述复合纳米粒子1还包括但也不限于具有一所述第一粒子2、一层所述包覆层3并具有一层所述层间包覆层4的膜层，所述复合纳米粒子1还可以为包括一所述第一粒子2、一层所述包覆层3并具有更多层所述层间包覆层4的膜层，所述复合纳米粒子1的性能主要取决于所述第一粒子1、所述包覆层3及所述层间包覆层4的材料的选取。
其中，同一个所述复合纳米粒子1中的所述第一粒子2和所述包覆层3的材料一般不同，或者，同一个所述复合纳米粒子1中的所述层间包覆层4的材料一般不同，所述第一粒子2、所述包覆层3及所述层间包覆层4在能级分布上一般不匹配，换言之，一个所述复合纳米粒子1中的所述第一粒子2所述包覆层3及所述层间包覆层4彼此在能量上非对齐，以满足载流子高效注入或载流子高效传输的目的。
以及在一些其他实施例中，通过控制所述复合纳米粒子1的形状、所述复合纳米粒子1的粒径尺寸，从而所述第一粒子2、所述包覆层3及所述层间包覆层4在能级分布上不匹配，进而使得所述复合纳米粒子1的性能发生变化。例如所述复合纳米粒子1的形状可以为球形、椭球形。
作为优选实施例，所述复合纳米粒子1的粒径尺寸范围为10nm～1000nm。
需要进行说明的是，如图2所示的，所述包覆层3与所述发光层10相匹配的能级分布，所述层间包覆层4用于能级平缓过渡，所述包覆层3和所述层间包覆层4的表面缺陷均应该做到尽可能低，所述包覆层3主要负责电荷的高效注入；并且，所述复合纳米粒子1除了所述包覆层3之外的膜层主要负责载流子或电荷的高效传输，用于负责电荷传输的膜层包括例如所述第一粒子2、所述层间包覆层4，以及可能存在的夹设于所述第一粒子2与所述包覆层3之间的其他粒子膜层，并且，所述第一粒子2、所述层间包覆层4及所述其他粒子膜层的材料均选自有高载流子迁移率及高导电性的氧化物半导体纳米材料。其中，所述其他粒子膜层在本申请实施例中未具体图示及说明，但可能存在于所述复合纳米粒子1中，在此不作限制及进一步说明。续见图3，本申请还提供一种发光器件100，所述发光器件100包括一第一电极20、一第二电极30，以及夹设于所述第一电极20与所述第二电极30之间的所述发光层10，所述发光器件100还包括一本申请所述的电荷传输层，其中，在所述第一电极20、所述第二电极30中的任一者与所述发光层10之间设置所述电荷传输层。进一步，如图3所示的，所述电荷传输层为夹设于所述第一电极20与所述发光层10之间的第一电荷传输层40、夹设于所述第二电极30与所述发光层10之间的第二电荷传输层50中的至少一者，所述第一电荷传输层40将来自所述第一电极20的电荷注入并传输至所述发光层10，所述第二电荷传输层50将来自所述第二电极30的电荷注入并传输至所述发光层10；其中，所述电荷传输层为空穴传输层和电子传输层的至少一种。
如图3所示的，在一种优选实施例中，所述第一电极20作为阳极，所述第二电极30作为阴极，所述第一电荷传输层40作为空穴传输层，所述第二电荷传输层50作为电子传输层，具体为，所述发光器件100包括阳极和阴极以及所述发光层10。在所述发光层10内，在电子和空穴复合生成光。所述阳极和所述发光层10之间设置有至少一个空穴传输层(HTL)，所述空穴传输层提供空穴从所述阳极的传输和空穴到所述发光层10中的注入。类似地，所述阴极和所述发光层10之间设置有至少一个电子传输层(ETL)，所述电子传输层提供电子从所述阴极的传输和电子到所述发光层10中的注入。
在本申请中，所述发光层10为钙钛矿发光层，所述发光层10的材料为无机钙钛矿，所述无机钙钛矿的化学分子式为ABX3，所述A、B、X位元素均为无机化学元素，所述A位元素为Cs，Rb，K中的至少一种，所述B位元素为Pb，Sn，Bi，Sr，Ca，Ba中的至少一种，所述X位元素为Cl，Br，I中的至少一种。
作为优选实施例，所述发光层10的无机钙钛矿材料选自FAPbBr3，所述包覆层3的材料例如上述的二氧化钛具有合适的电子能级，并与所述发光层10的钙钛矿材料FAPbBr3相匹配，所述第一粒子2的材料例如氧化锌的电子迁移率大于100cm2/VS，上述的氧化锌具有优异的电子迁移率。所述第一粒子2与所述包覆层3结合获得所述复合纳米粒子1，所述复合纳米粒子1具有更为优异的电荷传输层的材料。
作为优选实施例，所述发光层10的无机钙钛矿材料还可以选自MAPbI3。
以及在其他实施例中，所述发光层10的材料包括但不限于钙钛矿发光层、量子点发光层中的至少一种。
在本申请中，如图1至图3中所示的，所述电荷传输层应用于具有一发光层10的发光器件100，所述电荷传输层包括多个复合纳米粒子1，其中，每个所述复合纳米粒子1包括一第一粒子2和包覆所述第一粒子2的一层包覆层3，所述包覆层3为具有与所述发光层10能级匹配的导电纳米层，且所述包覆层3的表面缺陷低，所述包覆层3用于电荷的高效注入，以及，所述第一粒子2为具有高电子迁移率的导电纳米颗粒，所述第一粒子2用于电荷的高效运输；可选择地，所述复合纳米粒子1还包括至少一包覆所述第一粒子2并由所述包覆层3所包覆的层间包覆层4，所述层间包覆层4为用于能级过渡并具有载流子迁移率的导电纳米层；此外，所述第一粒子2、所述包覆层3及所述层间包覆层4的材料均为氧化物半导体。通过设计开发兼具稳定性、高迁移率、能级匹配特性的所述电荷传输层的方案，对于发展高性能的钙钛矿发光及类似发光器件如量子点发光二极管以及其它光电器件具有重要意义及实用价值。以及，通过制备所述复合纳米粒子，结合不同粒子层选取为不同氧化物半导体材料的优点，助力高效、稳定的钙钛矿发光器件的发展。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种电荷传输层及发光器件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电荷传输层，应用于具有一发光层的发光器件，其特征在于，所述电荷传输层包括多个复合纳米粒子，每个所述复合纳米粒子包括一第一粒子和包覆所述第一粒子的一层包覆层，其中，所述第一粒子为具有高载流子迁移率的导电纳米颗粒，所述包覆层为具有与所述发光层能级匹配的导电纳米层；
其中，所述复合纳米粒子还包括至少一层间包覆层，所述层间包覆层为包覆所述第一粒子并由所述包覆层所包覆的层，且所述层间包覆层为用于能级过渡并具有载流子迁移率的导电纳米层。
2.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，所述第一粒子、所述层间包覆层及所述包覆层的材料均为氧化物半导体材料。
3.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，当所述发光层的材料为FAPbBr3时，所述第一粒子为氧化锌导电纳米颗粒，所述包覆层为二氧化钛导电纳米层。
4.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，当所述发光层的材料为MAPbI3时，所述第一粒子为氧化锡导电纳米颗粒，所述包覆层为氧化锌导电纳米层。
5.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，当所述发光层的材料为FAPbBr3时，所述第一粒子为氧化锡导电纳米颗粒，所述层间包覆层为氧化锌导电纳米层，所述包覆层为二氧化钛导电纳米层。
6.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，当所述发光层的材料为MAPbI3时，所述第一粒子为氧化锌导电纳米颗粒，所述层间包覆层为二氧化钛导电纳米层，所述包覆层为ZnMgO导电纳米层。
7.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，所述复合纳米粒子的粒径尺寸范围为10nm～1000nm。
8.根据权利要求1所述的电荷传输层，其特征在于，所述电荷传输层包括电子传输层和空穴传输层中的至少一者。
9.一种发光器件，包括一第一电极、一第二电极及设置于所述第一电极与所述第二电极之间的一发光层，其特征在于，还包括如权利要求1至8中任一项所述的电荷传输层，其中，在所述第一电极和所述第二电极中的任一者与所述发光层之间设置所述电荷传输层。
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