半导体纳米晶材料的合成及其在光电器件中的应用

发布时间：2018-06-28 07:38

本文选题：纳米晶 + 钙钛矿　；参考：《苏州大学》2016年博士论文

【摘要】：胶体半导体纳米晶(下文简写为纳米晶)是一种溶液中合成的新型无机功能材料,其表面覆盖有一层长链有机配体,使其在有机溶剂中有很好的分散性,同时使得此类材料具备了大面积溶液加工的特性。这类材料具备一系列独特的光电性能,在生物成像、发光二极管、激光器和太阳能电池等方面得到了广泛的研究,表现出巨大的应用潜力。人们对于纳米晶材料性质的认识和器件性能研究已有20多年的历史,取得了一系列的成果,但是仍需要更加深入地理解纳米晶材料的表面状态、形貌、晶型等基本性质的调控方法及其对器件性能的影响,才有望真正将此类材料推向实际应用。本博士论文中,我们从纳米晶材料的合成源头出发,研究纳米晶组分、形貌等对材料本身性质以及对基于纳米晶的太阳能电池和脉冲激光器性能的影响。展示了纳米晶材料的设计修饰对器件性能的相关影响规律。具体研究成果如下:第一章:纳米晶的基本性质介绍。简要综述了基于PbX纳米晶材料的纯纳米晶太阳能电池和聚合物/纳米晶杂化太阳能电池的研究进展。介绍了新型自掺杂等离子体纳米晶的性质及其应用进展。第二章:CsPbBr_3纳米晶分解合成均匀Cs_4PbBr_6纳米晶及机理研究。在油胺和硫醇的共同作用下CsPbBr_3纳米晶(立方体)会在几十秒内分解成X~(2+)[PbBr_4]_2(X=Cs或油胺)层状配合物,该配合物会继续在200 s左右生长成均匀的菱形柱状的Cs_4PbBr_6纳米晶。该过程在空气中室温下便可发生。对该转变过程的研究将有助于揭示此类新型纳米晶材料的分解机制和独特的晶体结构,为今后提高此类材料的稳定性提供指导作用。第三章:PbS_xSe_(1-x)纳米晶的合成及其在聚合物/纳米晶杂化太阳能电池中的应用。我们通过调控三元PbS_xSe_(1-x)纳米晶中的硫硒比例与聚合物构筑杂化太阳能电池,获得了文献报道最高的5.50%的光电转换效率和67%的填充因子。此高效率得益于PbS_xSe_(1-x)纳米晶更加优异的光电性能,它综合了太阳能电池中PbS电压较高,PbSe电流较高的优势。另外,我们发现了聚合物和纳米晶在成膜过程中会发生纵向相分离,并且详细研究了聚合物/纳米晶共混比例对杂化层三维形貌的影响,在此基础上通过器件结构设计获得了理想的给体-给体/受体-受体的器件结构,这种结构非常有利于电荷的拆分和传输,提高了器件效率。第四章:Cu_(3-x)P纳米晶的合成及其在脉冲激光器中的应用。通过控制反应条件获得了尺寸可控调节的Cu_(3-x)P纳米晶,实现了局域等离子体共振(LSPR)吸收从1390 nm到1750 nm可调,覆盖通讯C波段到L波段较宽的一个波谱范围。另外我们发现,通过简单的热退火处理,可以方便地调控其LSPR强度、光学非线性性和等离子体动力学性质。进一步地,我们利用Cu_(3-x)P纳米晶作为一种简单有效的饱和吸收体,成功实现了1.5μm处高能调Q脉冲激光输出。器件性能与其他材料相当。该工作表明,这种自掺杂等离子体纳米晶体作为一种低成本、可大规模制备的新型光学非线性材料,在信号产生和光通讯领域具有重要的应用前景。综上所述,本论文从基本的化学合成入手,研究了三类纳米晶材料的合成及性质调控方法,及其对两类光电器件性能的影响。揭示了材料合成源头对最终器件应用的部分影响规律,对基于纳米晶材料的基础研究和实际应用均起到了一定的促进作用。
[Abstract]:In this paper , the properties of nano - crystalline materials and its application in polymer / nanocrystalline hybrid solar cells have been studied . The results are as follows : Chapter 1 : Synthesis of nanocrystalline materials and their application in polymer / nanocrystalline hybrid solar cells . and the influence of the source of material synthesis on the application of the final device is revealed , and the basic research and the practical application based on the nano - crystal material have a certain promotion effect .
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304;TM914.4

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