銀族硫?qū)倌z體量子點的制備及光電器件研究
發(fā)布時間：2017-12-25 12:14
本文關(guān)鍵詞：銀族硫?qū)倌z體量子點的制備及光電器件研究 出處：《吉林大學》2017年博士論文 論文類型：學位論文
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【摘要】：膠體量子點的發(fā)光和吸收等性質(zhì)與其尺寸和組份存在著強烈的依賴關(guān)系,可通過簡單改變合成中的反應(yīng)條件,來獲得具有連續(xù)發(fā)光光譜的膠體量子點材料。同時,膠體量子點還具有發(fā)光效率高,可溶液加工,成本低廉等優(yōu)點,也使其在眾多材料中脫穎而出。膠體量子點在照明、光伏、生物醫(yī)學等領(lǐng)域都有著出色的表現(xiàn)。以此為契機,主要受“國家杰出青年科學基金項目,半導體納米材料制備和量子點光電器件,項目編號:61225018”等項目資助,本文對膠體量子點的制備方法及光電器件應(yīng)用進行研究。從目前來看,這些應(yīng)用還嚴重依賴于含Cd、Pb等重金屬的量子點材料。同時,含重金屬元素的量子點材料在實際應(yīng)用中受到很多限制,各國相繼出臺法案嚴控其進出口。更重要的是,它們的使用會給人類的生存環(huán)境造成難以估計的破壞。為解決此問題,研究者采取許多低毒材料來替代或減少含重金屬材料的使用,但這類環(huán)保型材料的各方面應(yīng)用指標仍需進一步提高�；谝陨峡紤],本文以Ag_2Se等低毒性膠體量子點為研究主線,對其物理性質(zhì)進行研究,并通過組份摻雜,核殼包覆等多種方法,對其發(fā)光、吸收等性質(zhì)進行無毒調(diào)控。在進一步的應(yīng)用研究中,獲得了性能較好的光電器件,具體工作如下:(1)Ag_2Se膠體量子點溫度依賴的光致發(fā)光(photoluminescence,PL)光譜研究。隨溫度變化的光致發(fā)光光譜可以反映量子點內(nèi)部的許多耦合躍遷過程。對三種尺寸的Ag_2Se量子點光致發(fā)光光譜隨溫度變化的情況進行了測試,探究了Ag_2Se量子點中與平均聲子能量有關(guān)的輻射及非輻射過程。并利用經(jīng)驗公式對Ag_2Se量子點的峰位、半峰寬、峰強度進行擬合,得到了黃李斯因子(Huang-Ryhs Factor)、溫度系數(shù)、平均聲子能量等重要物理量。不僅如此,由于Ag_2Se量子點的平均聲子能量較高,當溫度低于197 K時,激子聲子作用弱,光譜變化不顯著,但當溫度高于197 K時,光譜變化顯著,這些發(fā)現(xiàn)對于Ag_2Se量子點的發(fā)光器件應(yīng)用具有重要指引作用。(2)Ag_2S_xSe_(1-x)膠體量子點的合成及其光電化學性質(zhì)研究。本文采用熱注入法合成了Ag_2S_x Se_(1-x)三元合金膠體量子點,該方法拓寬了Ag_2S量子點的吸收光譜,并減少了載流子在Ti O_2/Ag_2S_x Se_(1-x)和Ag_2S_x Se_(1-x)/電解質(zhì)界面處的復合,從而平衡了光生激子在界面處的傳輸。光電化學池測試結(jié)果顯示,隨著S組份的增加,光電轉(zhuǎn)化效率表現(xiàn)出先增加后降低的規(guī)律,通過此規(guī)律找到了最優(yōu)的材料組份比例。同時,Ag_2S_x Se_(1-x)三元合金量子點展示出優(yōu)于二元合金量子點的轉(zhuǎn)化效率,也證明該方法有助于提高材料的光伏性能。(3)AgInSe_2/ZnS膠體量子點近紅外發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)的制作。本文將Ag In Se_2/Zn S量子點作為光轉(zhuǎn)換材料與紫外膠水混合,涂覆于Ga N激發(fā)光源表面,制作了新型的單波長發(fā)光二極管。核殼包覆的方法鈍化了量子點的表面缺陷態(tài),減少了量子點表面的非輻射復合,提高了其熒光量子產(chǎn)額(quantum yield,QY)以及與紫外膠水混合后的發(fā)光穩(wěn)定性。該近紅外量子點發(fā)光二極管展現(xiàn)出較好的器件穩(wěn)定性,其外量子效率(External quantum efficiency,EQE)為1.65%,極具實際應(yīng)用價值。(4)AgIn_5S_8/ZnS(AIS/ZS)膠體量子點電致發(fā)光二極管(Electroluminescence light emitting diode,EL-LED)的研究。膠體量子點的表面配體對其光學性質(zhì)以及器件的電學性質(zhì)至關(guān)重要,本文利用1,2-乙二硫醇(1,2-ethanedithiol,EDT)的乙腈溶液處理AIS/ZS量子點薄膜來鈍化量子點表面,大幅度的提高了量子點薄膜的遷移率和平整性。利用該方法制備的量子點EL-LED的開啟電壓為2.5 V,發(fā)光亮度為310 cd/m~2、EQE為1.52%,該EQE結(jié)果為目前報道的AIS/ZS量子點EL-LED中的最高效率。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN312.8;O471.1
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本文編號：1332783
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