PbS量子点的合成及其表面钝化研究
发布时间：2021-09-05 22:13
由于硫化铅（PbS）量子点具有带隙可调、波尔半径大（18 nm）、尺寸可控、制备方法简单及潜在的多激子效应等优点,在太阳能电池、光电探测器等领域具有极大的应用价值。然而,采用热注入法合成PbS量子点,其表面包裹的配体长链限制了载流子的传输,同时量子点表面存在大量的悬挂键,这些都会对其光电性能造成不良影响。为此,本文对PbS量子点合成及其钝化工艺展开研究,探究钝化方法对PbS量子点薄膜特性及PbS/Al肖特基结光电性能的影响。主要工作与结果如下:1.采用热注入法合成PbS量子点,提出通过变换冷却方式研究冷却速率对PbS量子点特性的影响。结果表明:随着冷却速率从2.5℃/min增加到10℃/min,量子点带隙变宽、PL谱和吸收谱出现蓝移、PL峰更加尖锐且半高峰宽（FWHM）变窄;当冷却速率为10℃/min、反应温度为90℃、反应时间为5 min时,制备出的PbS量子点尺寸为3.42 nm,带隙为1.21 eV,吸收光谱和PL谱均位于近红外区域;2.对比研究固态置换法、液相法及混合钝化法三种钝化工艺对PbS量子点薄膜特性的影响。结果表明:PbSMAI-MAI混合钝化效果最优,采用混合钝化法时...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)量子点尺寸效应示意图[2]，(b)多激子产生效应示意图[3]
、1,2-乙二硫醇（EDT）与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）三种表面配体钝化PbS量子点，并制备了三种表面配体钝化量子点的光电探测器，表明量子点光电器件性能与其缺陷能级深浅有关，其中CTAB配体钝化的量子点探测器性能最优，其归一化比探测率（D*）为8.9x109Jones。2015年，RyanWCrisp[18]等人将金属卤化物（PbI2、PbCl2、CdI2或CdCl2）溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，取代PbS量子点表面有机配体。研究发现卤化物离子比硫醇或有机卤化物处理PbS量子点薄膜的碳含量明显降低，使得PbS量子点薄膜引入更深的功函数和能带位置（如图1-2），量子点薄膜在微米数量级下质量较好，提高了载流子传输性能，其制备的太阳能电池PCE高于7%。图1-2不同材料钝化PbS量子点的光电子能谱[18]Fig.1-2PhotoelectronspectroscopyofPbSquantumdotspassivatedbydifferentmaterials[18]2016年，MohammadMahdiTavakoli[19]采用热注入法合成了PbS量子点，为解决量子点的陷阱态和电荷传输弱的问题。研究了Cd、Ca和Zn三种不同的阳离子对PbS量子点进行掺杂，利用掺杂离子钝化PbS量子点中间隙陷阱态，发现钝化后量子点陷阱态密度减小，陷阱俘获载流子数减小，载流子复合降低，有利于提高载流子的传输。如图1-3所示为PbS量子点太阳能电池器件结构示意图和掺杂量子点原理示意图。采用时间分辨光
西安理工大学硕士学位论文4致发光法研究了不同阳离子掺杂后载流子的寿命，发现Cd掺杂后使载流子寿命为1.41μs，提高了80%。由伏安（J-V）特性曲线表明，用Cd离子掺杂后制备的量子点太阳能电池的PCE为5.81%。（a）（b）图1-3(a),(b)分别为器件结构图和Cd、Ca、Zn掺杂PbS量子点示意图[19]Fig.1-3(a),(b)DevicestructurediagramandCd,Ca,ZndopedPbSquantumdots[19]2017年，RenZ[6]课题组为解决PbS量子点单层器件的漏电流大、开关比小和光响应慢的问题。从界面辅助光载流子分离和复合角度入手，采用双层PbS-TBAI/PbS-EDT量子点器件结构，如图1-4所示。ITO、Au的功函数分别为4.7eV和5.1eV，二者材料的功函数相匹配可以形成良好的欧姆接触，对器件特性影响较校由于PbS-TBAI/PbS-EDT界面存在耗尽区，使得导电区域减小，产生较小的暗电流，相比较单层器件的陷阱辅助载流子分离、复合，通过双层器件结构控制载流子分离复合，使得器件的光响应速度加快，Ilight/Idark为152.35，D*为1.71x1012Jones，信噪比（SNR）为1113.31，线性动态范围（LDR）为60.94dB，之后该小组在柔性衬底上制备了光电探测器，克服了传统光电探测器材料的难柔性化缺点。（a）（b）图1-4(a)器件结构图和能级示意图[6],(b)柔性聚酰亚胺(PI)衬底上制备的器件[6]Fig.1-4(a)Devicestructurediagramandenergyleveldiagram[6],(b)Deviceonaflexiblepolyimide(PI)substrate[6]2018年，JunfengX[20]在PbS-TBAI/PbS-EDT双层结构的基础上增加ZnO层，ZnO禁带宽度较宽，价带为-4.2eV，导带为-6.9eV，有利于传输电子、阻挡空穴，减小暗电流，提高光电流，D*达到5.52x1013Jones，进而使得器件性能提高。2018年，WeiY[12]该小组在双层异质结量子点的基础上，致力于提高光电流和抑制暗电流，由?
【参考文献】：
博士论文
[1]硫化铅量子点基复合纳米晶的增强型光电探测器研究[D]. 何俊刚.华中科技大学 2014
[2]IV-VI族化合物量子点太阳能电池的制备及其性能研究[D]. 翟光美.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]PbS胶体量子点表面化学对薄膜性质及其光伏器件性能的影响研究[D]. 高文辉.太原理工大学 2018
[2]SPS制备Pb（Cd）S量子点玻璃及其性能研究[D]. 杨丰桕.东华大学 2014
本文编号：3386181
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)量子点尺寸效应示意图[2]，(b)多激子产生效应示意图[3]
、1,2-乙二硫醇（EDT）与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）三种表面配体钝化PbS量子点，并制备了三种表面配体钝化量子点的光电探测器，表明量子点光电器件性能与其缺陷能级深浅有关，其中CTAB配体钝化的量子点探测器性能最优，其归一化比探测率（D*）为8.9x109Jones。2015年，RyanWCrisp[18]等人将金属卤化物（PbI2、PbCl2、CdI2或CdCl2）溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，取代PbS量子点表面有机配体。研究发现卤化物离子比硫醇或有机卤化物处理PbS量子点薄膜的碳含量明显降低，使得PbS量子点薄膜引入更深的功函数和能带位置（如图1-2），量子点薄膜在微米数量级下质量较好，提高了载流子传输性能，其制备的太阳能电池PCE高于7%。图1-2不同材料钝化PbS量子点的光电子能谱[18]Fig.1-2PhotoelectronspectroscopyofPbSquantumdotspassivatedbydifferentmaterials[18]2016年，MohammadMahdiTavakoli[19]采用热注入法合成了PbS量子点，为解决量子点的陷阱态和电荷传输弱的问题。研究了Cd、Ca和Zn三种不同的阳离子对PbS量子点进行掺杂，利用掺杂离子钝化PbS量子点中间隙陷阱态，发现钝化后量子点陷阱态密度减小，陷阱俘获载流子数减小，载流子复合降低，有利于提高载流子的传输。如图1-3所示为PbS量子点太阳能电池器件结构示意图和掺杂量子点原理示意图。采用时间分辨光
西安理工大学硕士学位论文4致发光法研究了不同阳离子掺杂后载流子的寿命，发现Cd掺杂后使载流子寿命为1.41μs，提高了80%。由伏安（J-V）特性曲线表明，用Cd离子掺杂后制备的量子点太阳能电池的PCE为5.81%。（a）（b）图1-3(a),(b)分别为器件结构图和Cd、Ca、Zn掺杂PbS量子点示意图[19]Fig.1-3(a),(b)DevicestructurediagramandCd,Ca,ZndopedPbSquantumdots[19]2017年，RenZ[6]课题组为解决PbS量子点单层器件的漏电流大、开关比小和光响应慢的问题。从界面辅助光载流子分离和复合角度入手，采用双层PbS-TBAI/PbS-EDT量子点器件结构，如图1-4所示。ITO、Au的功函数分别为4.7eV和5.1eV，二者材料的功函数相匹配可以形成良好的欧姆接触，对器件特性影响较校由于PbS-TBAI/PbS-EDT界面存在耗尽区，使得导电区域减小，产生较小的暗电流，相比较单层器件的陷阱辅助载流子分离、复合，通过双层器件结构控制载流子分离复合，使得器件的光响应速度加快，Ilight/Idark为152.35，D*为1.71x1012Jones，信噪比（SNR）为1113.31，线性动态范围（LDR）为60.94dB，之后该小组在柔性衬底上制备了光电探测器，克服了传统光电探测器材料的难柔性化缺点。（a）（b）图1-4(a)器件结构图和能级示意图[6],(b)柔性聚酰亚胺(PI)衬底上制备的器件[6]Fig.1-4(a)Devicestructurediagramandenergyleveldiagram[6],(b)Deviceonaflexiblepolyimide(PI)substrate[6]2018年，JunfengX[20]在PbS-TBAI/PbS-EDT双层结构的基础上增加ZnO层，ZnO禁带宽度较宽，价带为-4.2eV，导带为-6.9eV，有利于传输电子、阻挡空穴，减小暗电流，提高光电流，D*达到5.52x1013Jones，进而使得器件性能提高。2018年，WeiY[12]该小组在双层异质结量子点的基础上，致力于提高光电流和抑制暗电流，由?
【参考文献】：
博士论文
[1]硫化铅量子点基复合纳米晶的增强型光电探测器研究[D]. 何俊刚.华中科技大学 2014
[2]IV-VI族化合物量子点太阳能电池的制备及其性能研究[D]. 翟光美.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]PbS胶体量子点表面化学对薄膜性质及其光伏器件性能的影响研究[D]. 高文辉.太原理工大学 2018
[2]SPS制备Pb（Cd）S量子点玻璃及其性能研究[D]. 杨丰桕.东华大学 2014
本文编号：3386181
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