硅量子點(diǎn)由于其優(yōu)異的光吸收和光發(fā)射的性能,以及儲(chǔ)量豐富、生物無毒和與現(xiàn)有體硅器件制備技術(shù)有較高的兼容性等特點(diǎn),近年來已經(jīng)在太陽電池、發(fā)光二極管、光電探測器、生物成像以及醫(yī)學(xué)治療等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于對(duì)硅量子點(diǎn)的表面效應(yīng)和成膜性質(zhì)對(duì)器件性能影響的研究不夠深入,因而目前基于硅量子點(diǎn)的光電器件的性能仍然相對(duì)較低。本論文利用表面含有氫原子和不同碳鏈配體鈍化的硅量子點(diǎn)作為光吸收和光發(fā)射的活性層,在發(fā)揮其光電性質(zhì)的同時(shí),對(duì)其表面效應(yīng)和成膜性質(zhì)進(jìn)行了研究,針對(duì)性地改善了硅量子點(diǎn)這兩方面的性質(zhì),有效地提升了硅量子點(diǎn)光電器件的性能。本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新結(jié)果如下:（1）利用表面氫原子鈍化的硅量子點(diǎn)與P3HT/PCBM體系進(jìn)行混合,制備三元體異質(zhì)結(jié)雜化太陽電池。利用硅量子點(diǎn)分別替代P3HT和PCBM,并且改變硅量子點(diǎn)的加入比例,研究了太陽電池性能和硅量子點(diǎn)加入量之間的關(guān)系。適當(dāng)量的硅量子點(diǎn)加入P3HT/PCBM體系之后,不僅可以有效提升器件在短波段的吸收,并且可以通過構(gòu)建級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來提升光生載流子的提取和傳輸效率。當(dāng)5%的PCBM被硅量子點(diǎn)替代之后,器件的能量轉(zhuǎn)換效率從2.93%增加到4... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２在室溫下放置２個(gè)星期之后的硅量子點(diǎn)薄膜（ａ）在低電壓（】００?ｍＶ）下從３００?Ｋ到１２０??Ｋ和（ｂ）在高電壓下從２６０?Ｋ到８０?Ｋ的電流－電壓曲線

１．１．２硅量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)??由于量子限域效應(yīng)，使得硅量子點(diǎn)的吸收和光致發(fā)光能量隨著尺寸的減小而??藍(lán)移，如圖１．３所示。一般而言，桂量子點(diǎn)會(huì)在５００?ｎｍ以下的短波長范圍有較??強(qiáng)的吸收［６］。??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??１２００１０００?８００?６００??ＳＩ???Ｓ１６??ｍ??１．０?１．２?１．４?１．６?１石?２．０?２．２?２．４?２．６??Ｅｇ?（ｅＶ）??圖１．３?１－十二烯改性的硅量子點(diǎn)在３５０ｎｍ激發(fā)光下的光致發(fā)光（ＰＬ）圖譜。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?ＰＬ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅ?Ｓ１－Ｓ１６．?Ｓｉ?ＱＤｓ?ｉｎ?ａｌｌ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｅｓ?ｈａｖｅ?ｂｅｅｎ??ｈｙｄｒｏｓｉｌｙｌａｔｅｄ?ｂｙ?ｕｓｉｎｇ?ｄｏｄｅｃｅｎｅ．?ＰＬ?ｉｓ?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ａｔ?ｔｈｅ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?ｏｆ?３５０?ｎｍ．??他們的研究還表明，硅量子點(diǎn)光致發(fā)光的壽命會(huì)隨著量子點(diǎn)尺寸的增大而增??加，如圖１．４?（ａ）所示。不僅如此，硅量子點(diǎn)的發(fā)光效率與量子點(diǎn)尺寸也存在一定??關(guān)系。具體而言，硅量子點(diǎn)的發(fā)光效率的極值發(fā)生在７４０?ｎｍ發(fā)光對(duì)應(yīng)的量子點(diǎn)??上，此時(shí)量子點(diǎn)的禁帶寬度為１．６７?ｅＶ，對(duì)應(yīng)尺寸為２．８?ｎｍ，如圖１．４（ｂ）所示。??他們測得了不同尺寸的硅量子點(diǎn)的輻射和非輻射幾率，通過理論計(jì)算他們發(fā)現(xiàn)：??對(duì)于福射復(fù)合幾率而言，在硅量子點(diǎn)尺寸大于２．８?ｎｍ時(shí)，由于量子哏域效率的??影響，輻射復(fù)合幾率會(huì)隨著硅量子點(diǎn)尺寸的減小而上升；而當(dāng)尺寸小于２．８?ｎｍ之??后

１．１．２硅量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)??由于量子限域效應(yīng)，使得硅量子點(diǎn)的吸收和光致發(fā)光能量隨著尺寸的減小而??藍(lán)移，如圖１．３所示。一般而言，桂量子點(diǎn)會(huì)在５００?ｎｍ以下的短波長范圍有較??強(qiáng)的吸收［６］。??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??１２００１０００?８００?６００??ＳＩ???Ｓ１６??ｍ??１．０?１．２?１．４?１．６?１石?２．０?２．２?２．４?２．６??Ｅｇ?（ｅＶ）??圖１．３?１－十二烯改性的硅量子點(diǎn)在３５０ｎｍ激發(fā)光下的光致發(fā)光（ＰＬ）圖譜。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?ＰＬ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅ?Ｓ１－Ｓ１６．?Ｓｉ?ＱＤｓ?ｉｎ?ａｌｌ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｅｓ?ｈａｖｅ?ｂｅｅｎ??ｈｙｄｒｏｓｉｌｙｌａｔｅｄ?ｂｙ?ｕｓｉｎｇ?ｄｏｄｅｃｅｎｅ．?ＰＬ?ｉｓ?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ａｔ?ｔｈｅ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?ｏｆ?３５０?ｎｍ．??他們的研究還表明，硅量子點(diǎn)光致發(fā)光的壽命會(huì)隨著量子點(diǎn)尺寸的增大而增??加，如圖１．４?（ａ）所示。不僅如此，硅量子點(diǎn)的發(fā)光效率與量子點(diǎn)尺寸也存在一定??關(guān)系。具體而言，硅量子點(diǎn)的發(fā)光效率的極值發(fā)生在７４０?ｎｍ發(fā)光對(duì)應(yīng)的量子點(diǎn)??上，此時(shí)量子點(diǎn)的禁帶寬度為１．６７?ｅＶ，對(duì)應(yīng)尺寸為２．８?ｎｍ，如圖１．４（ｂ）所示。??他們測得了不同尺寸的硅量子點(diǎn)的輻射和非輻射幾率，通過理論計(jì)算他們發(fā)現(xiàn)：??對(duì)于福射復(fù)合幾率而言，在硅量子點(diǎn)尺寸大于２．８?ｎｍ時(shí)，由于量子哏域效率的??影響，輻射復(fù)合幾率會(huì)隨著硅量子點(diǎn)尺寸的減小而上升；而當(dāng)尺寸小于２．８?ｎｍ之??后


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