双金属掺杂CuInS 2 量子点的制备及其对单层WS 2 光电性能的影响

发布时间：2021-12-18 16:01

　　考虑到带电激子的调控对二维过渡金属硫化物的光学和电学性能的重要作用,文章对CuInS₂量子点进行双掺杂处理,研究了量子点掺杂前后对单层WS₂光学与电学性能的调控规律。研究发现,掺杂后的量子点由于存在额外的施主缺陷对单层WS₂的带电激子的调控能力更强。 

【文章来源】：化工管理. 2020,(18)

【文章页数】：2 页

【部分图文】：

CuInS2量子点与Al,Zn双掺杂量子点的XRD图（a);XPS全谱图（b）；室温PL(c);CuInS2量子点（d）与Al,Zn双掺杂量子点（e）的低分辨、高分辨TEM图以及尺寸统计分布图

两种量子点的XRD（图1 a）都展现出四方晶系结构，具有明显的对应于（112）、（200）、（204）、（116）、（400）、（316）和（424）的晶面峰，而没有形成Al、Zn基复合物相关的峰位，说明没有形成混合相。为了证明掺杂元素的存在，对两种量子点进行了XPS分析（图2 b），从XPS全谱可证实掺杂量子点中Al和Zn元素的存在。我们同时还对两种量子点进行了透射分析（图2 d,e），两种量子点展现出均匀尺寸分布，高分辨晶面间距与（112）面是对应的，从而证实了两种量子点的物象结构。根据图1 c发现，由于掺杂量子点表面较少的表面态以及存在的金属缺陷，使得在室温条件下掺杂量子点展现出比单一量子点更高的PL强度与更宽的光吸收范围。我们分析了两种量子点对单层WS2 PL强度以及带电激子的影响。图2 a可知WS2的PL强度在负载CuInS2量子点后发生了巨大的下降。通过分峰发现，负载CuInS2量子点后，带电激子所占的比例有了很大的提升。我们还对CuInS2量子点的厚度进行了调控，发现随着量子点厚度由2.3nm变换至12.7nm时，复合物中WS2的带电激子增加率由0.453增大到2.327，如图2 b所示。而对掺杂的CuInS2量子点与WS2组成的复合物而言，负载掺杂的量子点后，WS2的PL强度也发生了显著的下降（图2 c）。但是，复合物中WS2的带电激子的增加率有1.174升至5.462（图2 d）。我们发现，两种量子点引起的带电子激子的变化趋势是一致的，揭示了量子点厚度对带电激子调控的重要作用。特别地，双掺杂的量子点所引起的带电激子的变化率要远远高于未掺杂的CuInS2量子点，揭示了掺杂量子点较高的调控带电激子的能力。为了分析量子点对WS2光学性能的调控机制，我们对两种复合物绘制了能带示意图，如图3 e。两种量子点对WS2的带电激子的调控作用都可以归功于电子掺杂效应，意味着量子点能够提供额外的电子与单层WS2中的电子空穴对进行结合，将中性激子转化为带电的激子。针对较高调控能力的双掺杂的量子点而言，证明这种掺杂量子点由于掺杂施主缺陷的存在能够提供更多额外的电子转移至WS2，形成更多的带电激子。

【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池材料CuInS2的研究现状[J]. 汤会香,严密,张辉,杨德仁.  材料导报. 2002(08)



本文编号：3542726