本文選題：納米晶 + 可控制備�。� 參考：《中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）》2014年博士論文

【摘要】：量子尺寸效應(yīng)使半導(dǎo)體納米晶的禁帶寬度隨尺寸減小而增大，在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為激子吸收波長隨尺寸可調(diào)。而納米晶自由載流子的集體振動與入射電磁波耦合會產(chǎn)生局域表面等離子體共振吸收和局域電磁場增強(qiáng)效應(yīng)。半導(dǎo)體納米晶的自由載流子濃度可隨摻雜濃度改變的特性，，使得其局域表面等離子體共振可人工調(diào)控。激子吸收和局域表面等離子體共振吸收使納米晶具有優(yōu)異的光吸收特性，有利于減小光電轉(zhuǎn)換器件吸收層厚度，為縮短光生載流子傳輸距離和降低制造成本提供新途徑。 本論文以新型太陽能電池吸光材料為出發(fā)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)對太陽光的全譜利用效率，采用化學(xué)法制備納米晶并實(shí)現(xiàn)材料尺寸和形貌可控制備，獲得激子吸收在可見光區(qū)域的CdSe量子點(diǎn)和近紅外區(qū)域的PbS量子點(diǎn)以及在近紅外波段具有局域表面等離子體共振吸收效應(yīng)的CuS納米晶以及熱電Bi2Se3納米晶；通過納米結(jié)構(gòu)表面工程來調(diào)控納米晶光學(xué)性質(zhì)和材料穩(wěn)定性；研究納米晶表面調(diào)控對納米晶太陽能電池性能的影響和載流子界面?zhèn)鬏斕匦�。具體的研究內(nèi)容和獲得的結(jié)果可歸結(jié)為如下三個(gè)方面。 1、半導(dǎo)體納米晶的可控制備： 以十八碳烯和油胺為非極性溶劑，采用化學(xué)法在惰性氣氛中制備半導(dǎo)體CdSe、PbS、CuS和Bi2Se3納米晶。通過控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和前驅(qū)體濃度實(shí)現(xiàn)納米晶尺寸和形貌可控制備。所獲得的CdSe、PbS納米晶量子點(diǎn)激子吸收峰位于可見到近紅外范圍，其中CdSe激子吸收峰從520nm至610nm可調(diào)，PbS激子吸收峰從920nm至1055nm可調(diào)。采用超聲化學(xué)法進(jìn)一步簡化在非極性溶劑中制備CuS納米晶的工藝，用介質(zhì)球散射理論和環(huán)境介電常數(shù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)所制備的CuS納米晶在近紅外波段具有明顯的局域表面等離子體共振效應(yīng)。通過調(diào)節(jié)硒前驅(qū)體的反應(yīng)活性，成功實(shí)現(xiàn)在非極性溶劑中制備熱電Bi2Se3納米晶。為半導(dǎo)體納米晶光學(xué)性質(zhì)研究和光伏應(yīng)用提供了豐富的材料基礎(chǔ)。 2、納米晶表面與光學(xué)性質(zhì)調(diào)控： 采用表面配體交換技術(shù)改變CdSe、PbS納米晶量子點(diǎn)的表面阻抗以提高納米晶顆粒間載流子傳輸能力，發(fā)現(xiàn)表面改性和環(huán)境氣氛、PH值對納米晶化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)性質(zhì)具有顯著影響，通過進(jìn)一步包覆無機(jī)殼層提高納米晶化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)穩(wěn)定性。通過配體表面摻雜技術(shù)改變CuS納米晶自由載流子濃度來調(diào)控其局域表面等離子體共振波長。 3、納米晶太陽能電池的制備與性能研究： 采用旋涂成膜工藝制備PbS納米晶太陽能電池吸光層，結(jié)合原子層沉積制備的TiO2透明電子傳輸層，構(gòu)筑納米晶/電子傳輸層異質(zhì)結(jié)太陽能電池。利用I-V特性測試和交流阻抗譜測試對納米晶太陽能電池的光伏性能和載流子界面?zhèn)鬏斕匦赃M(jìn)行初步研究，通過等效元件擬合阻抗譜獲得納米晶太陽能電池等效電路模型。
[Abstract]:Because of quantum size effect, the band gap of semiconductor nanocrystals increases with the decrease of size, and the optical properties of semiconductor nanocrystals show that the wavelength of exciton absorption is adjustable with the size of semiconductor nanocrystals. The collective vibration of nanocrystalline free carriers and the coupling of incident electromagnetic waves will produce local surface plasmon resonance absorption and local electromagnetic field enhancement effect. The free carrier concentration of semiconductor nanocrystals varies with the doping concentration, which makes the local surface plasmon resonance (SPR) of semiconductor nanocrystals artificially adjustable. Exciton absorption and local surface plasmon resonance absorption make nanocrystals have excellent optical absorption properties, which is beneficial to reduce the thickness of the absorption layer of optoelectronic conversion devices. In order to shorten the distance of photogenerated carrier transmission and reduce the manufacturing cost, this paper takes the new solar cell absorbent material as the starting point, in order to realize the full spectrum utilization efficiency of solar light. Nanocrystals were prepared by chemical method and the size and morphology of the materials were controlled. CdSe quantum dots with exciton absorption in visible region and PBS quantum dots in near infrared region, CuS nanocrystals and thermoelectric Bi2Se3 nanocrystals with local surface plasmon resonance absorption effect in near infrared band were obtained. The optical properties and material stability of nanocrystals were regulated by surface engineering of nanocrystals, and the effects of surface regulation on the performance of nanocrystalline solar cells and the transport characteristics of carrier interface were studied. The specific research contents and the obtained results can be summed up as follows. 1. Controlled preparation of semiconductor nanocrystals: using octadecene and oleamine as non-polar solvents, the semiconductors CdSePbSnCuS and Bi2Se3 nanocrystals were prepared in inert atmosphere by chemical method. The size and morphology of nanocrystals were controlled by controlling reaction temperature, time and precursor concentration. The exciton absorption peaks of CdSe-PBS nanocrystalline quantum dots are located in the near infrared region, in which CdSe exciton absorption peaks are tunable from 520nm to 610nm. The exciton absorption peaks of CdSe nanocrystalline quantum dots are adjustable from 920nm to 1055nm. Ultrasonic chemical method was used to further simplify the preparation process of CuS nanocrystals in non-polar solvents. The dielectric sphere scattering theory and environmental dielectric constant experiments show that the prepared CuS nanocrystals have obvious local surface plasmon resonance effect in near infrared band. The thermoelectric Bi2Se3 nanocrystalline was successfully prepared in nonpolar solvent by adjusting the reaction activity of selenium precursor. For semiconductor nanocrystalline optical properties and photovoltaic applications to provide a rich material basis. 2, nanocrystalline surface and optical properties control: surface ligand exchange technology to change the surface impedance of CdSePbS nanocrystalline quantum dots to improve nanocrystals Transport capacity of carriers between micrite particles, It is found that the chemical and optical properties of nanocrystals are significantly affected by surface modification and ambient pH value, and the chemical and optical stability of nanocrystals are improved by further coating the shell free layer. The local surface plasmon resonance wavelength was controlled by changing the free carrier concentration of CuS nanocrystals by ligand surface doping technology. 3. Preparation and performance of nanocrystalline solar cells: preparation of PBS nanocrystals by spin-coating process Crystal solar cell absorbent layer, A nanocrystalline / electron transport layer heterojunction solar cell was constructed by combining the transparent electron transport layer prepared by atomic layer deposition. The photovoltaic properties and carrier interface transport characteristics of nanocrystalline solar cells were preliminarily studied by I-V and AC impedance spectroscopy. The equivalent circuit model of nanocrystalline solar cells was obtained by equivalent element fitting impedance spectroscopy.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;TM914.4

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本文編號：2008597