基于能带工程的双光量子点的制备及其在白光LED中的应用

发布时间：2020-07-09 14:07

【摘要】：无机半导体纳米晶具有尺寸依赖的光电学性质，高的荧光量子效率和光、化学稳定性使其在光电转换、发光显示等领域具有越来越大的应用潜力，成为了近年来基础研究和应用开发的热点。然而在半导体纳米晶的实际深入应用过程中，特别是在新型光电器件的构建上，人们迫切需要获得半导体纳米晶准确的能带结构参数，而传统的能带确定方法如能谱法和电化学法样品制备繁琐，操作过程复杂，受外界干扰较大，因此快速准确的能带结构参数确定的新方法的提出具有重要的意义。此外，在获取能带结构参数之后，以能带结构参数为指导，通过能带工程合理地调控纳米晶的电子能级结构来获得具有新性质或多功能的纳米新材料具有较强的现实应用价值。基于以上问题的研究，本论文取得以下研究成果： 1.我们在第二章提出种用过渡金属Cu和Ag掺杂的方法确定了半导体纳米晶能级结构。这种新方法，相对于传统的能带确定方法，采用了更加直接的光学确定法，快速、准确、受外界干扰小，同时实验条件更加的温和，对受主半导体纳米晶影响极小。随后，我们在第三章将这种具有普适性的方法应用于其它常见的半导体纳米晶真空能级确定，并揭示了相同带隙不同维度纳米晶材料真空能级的关系，为半导体纳米晶的实际应用奠定了理论基础。 2.在获取不同半导体纳米晶材料的能级结构参数后，基于能带工程理论，我们在第四章通过掺杂核壳等能带工程手段制备合成了了Cu:InP/ZnS/InP/ZnS双光量子点。Cu掺杂InP内核与InP壁层构成，ZnS作为隔离层，可以有效地隔离内核与外壁的电子波函数，使两个发光体系去耦化。此外，Cu掺杂InP内核与壁层InP的发光组合成了一个从蓝绿光到近红外发光的宽发光体系。我们将此单相宽发射的双光量子点灌封于蓝光LED后，可以获得从蓝光区到近红外区的均匀连续白光光谱，色温在4950K，显色指数达到91，色度坐标处于(0.332,0.330)，具有极高的白光质量。 3.第五章，为了进一步解决双光量子点中出现的自吸收现象，我们提出了一种新型的单相宽发射的Cu:CdS/ZnSe/ZnS双光量子点。我们仍然采用能带工程手段：首先合成Cu掺杂CdS半导体纳米晶，使量子点发射处于红光区；然后在此量子点表面包覆ZnSe材料，CdS和ZnSe形成了Type-II结构，从而在黄绿区间产生新的荧光峰，最后包覆宽带隙的ZnS材料后，可以有效地钝化粒子的表面缺陷，提高粒子的光和化学稳定性。我们合成的粒子，不管是内核Cu:CdS还是CdS/ZnSe壁层Type-II结构发光，都有非常大的Stokes位移，极大地减小了粒子的自吸收和重吸收现象，提高了粒子在树脂中的荧光量子效率，最高效率已经达到了60%以上。其次，合成的双光量子点具有较好的光和热稳定性，在长时间处于80℃时仍能保持荧光谱的稳定性。最后，该种核壳粒子减少了双光粒子的包覆层数，在合成上具有一定的改进，更加适应于大规模合成领域。我们将合成的双光粒子组装在蓝光LED中后，同样能够制备出显色指数能够达到90，色度坐标处于(0.325,0.330)的高质量白光，显示该材料具有极高的实际应用价值。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN312.8;TB383.1
【图文】：

吉林大学博士学位论文左图是我们合成的不同尺寸的 ZnSe 纳米晶的紫外可见吸收光谱一激子吸收峰位逐渐向长波区红移并且宽化，主峰峰位分别 304 nm，红移代表着 ZnSe 纳米晶粒子尺寸的逐渐增大，宽化代粒径分布略微变大。图 1 右图是对应的 Cu 掺杂 ZnSe 纳米晶掺杂反应时间的持续，ZnSe 纳米晶的本征发光会逐渐减弱，增强，同时掺杂荧光峰位保持恒定，对应的掺杂峰位分别为448m。

【共引文献】

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本文编号：2747559