基于硅量子點的光電器件研究
發(fā)布時間：2021-07-12 09:19
硅量子點由于其優(yōu)異的光吸收和光發(fā)射的性能,以及儲量豐富、生物無毒和與現有體硅器件制備技術有較高的兼容性等特點,近年來已經在太陽電池、發(fā)光二極管、光電探測器、生物成像以及醫(yī)學治療等領域顯示出廣闊的應用前景。然而,由于對硅量子點的表面效應和成膜性質對器件性能影響的研究不夠深入,因而目前基于硅量子點的光電器件的性能仍然相對較低。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作為光吸收和光發(fā)射的活性層,在發(fā)揮其光電性質的同時,對其表面效應和成膜性質進行了研究,針對性地改善了硅量子點這兩方面的性質,有效地提升了硅量子點光電器件的性能。本論文的主要研究內容和創(chuàng)新結果如下:（1）利用表面氫原子鈍化的硅量子點與P3HT/PCBM體系進行混合,制備三元體異質結雜化太陽電池。利用硅量子點分別替代P3HT和PCBM,并且改變硅量子點的加入比例,研究了太陽電池性能和硅量子點加入量之間的關系。適當量的硅量子點加入P3HT/PCBM體系之后,不僅可以有效提升器件在短波段的吸收,并且可以通過構建級聯結構來提升光生載流子的提取和傳輸效率。當5%的PCBM被硅量子點替代之后,器件的能量轉換效率從2.93%增加到4...
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：123 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２在室溫下放置２個星期之后的硅量子點薄膜（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硅量子點的光學性質??由于量子限域效應，使得硅量子點的吸收和光致發(fā)光能量隨著尺寸的減小而??藍移，如圖１．３所示。一般而言，桂量子點會在５００?ｎｍ以下的短波長范圍有較??強的吸收［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，硅量子點光致發(fā)光的壽命會隨著量子點尺寸的增大而增??加，如圖１．４?（ａ）所示。不僅如此，硅量子點的發(fā)光效率與量子點尺寸也存在一定??關系。具體而言，硅量子點的發(fā)光效率的極值發(fā)生在７４０?ｎｍ發(fā)光對應的量子點??上，此時量子點的禁帶寬度為１．６７?ｅＶ，對應尺寸為２．８?ｎｍ，如圖１．４（ｂ）所示。??他們測得了不同尺寸的硅量子點的輻射和非輻射幾率，通過理論計算他們發(fā)現：??對于福射復合幾率而言，在硅量子點尺寸大于２．８?ｎｍ時，由于量子哏域效率的??影響，輻射復合幾率會隨著硅量子點尺寸的減小而上升；而當尺寸小于２．８?ｎｍ之??后
１．１．２硅量子點的光學性質??由于量子限域效應，使得硅量子點的吸收和光致發(fā)光能量隨著尺寸的減小而??藍移，如圖１．３所示。一般而言，桂量子點會在５００?ｎｍ以下的短波長范圍有較??強的吸收［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，硅量子點光致發(fā)光的壽命會隨著量子點尺寸的增大而增??加，如圖１．４?（ａ）所示。不僅如此，硅量子點的發(fā)光效率與量子點尺寸也存在一定??關系。具體而言，硅量子點的發(fā)光效率的極值發(fā)生在７４０?ｎｍ發(fā)光對應的量子點??上，此時量子點的禁帶寬度為１．６７?ｅＶ，對應尺寸為２．８?ｎｍ，如圖１．４（ｂ）所示。??他們測得了不同尺寸的硅量子點的輻射和非輻射幾率，通過理論計算他們發(fā)現：??對于福射復合幾率而言，在硅量子點尺寸大于２．８?ｎｍ時，由于量子哏域效率的??影響，輻射復合幾率會隨著硅量子點尺寸的減小而上升；而當尺寸小于２．８?ｎｍ之??后
本文編號：3279637
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：123 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２在室溫下放置２個星期之后的硅量子點薄膜（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硅量子點的光學性質??由于量子限域效應，使得硅量子點的吸收和光致發(fā)光能量隨著尺寸的減小而??藍移，如圖１．３所示。一般而言，桂量子點會在５００?ｎｍ以下的短波長范圍有較??強的吸收［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，硅量子點光致發(fā)光的壽命會隨著量子點尺寸的增大而增??加，如圖１．４?（ａ）所示。不僅如此，硅量子點的發(fā)光效率與量子點尺寸也存在一定??關系。具體而言，硅量子點的發(fā)光效率的極值發(fā)生在７４０?ｎｍ發(fā)光對應的量子點??上，此時量子點的禁帶寬度為１．６７?ｅＶ，對應尺寸為２．８?ｎｍ，如圖１．４（ｂ）所示。??他們測得了不同尺寸的硅量子點的輻射和非輻射幾率，通過理論計算他們發(fā)現：??對于福射復合幾率而言，在硅量子點尺寸大于２．８?ｎｍ時，由于量子哏域效率的??影響，輻射復合幾率會隨著硅量子點尺寸的減小而上升；而當尺寸小于２．８?ｎｍ之??后
１．１．２硅量子點的光學性質??由于量子限域效應，使得硅量子點的吸收和光致發(fā)光能量隨著尺寸的減小而??藍移，如圖１．３所示。一般而言，桂量子點會在５００?ｎｍ以下的短波長范圍有較??強的吸收［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，硅量子點光致發(fā)光的壽命會隨著量子點尺寸的增大而增??加，如圖１．４?（ａ）所示。不僅如此，硅量子點的發(fā)光效率與量子點尺寸也存在一定??關系。具體而言，硅量子點的發(fā)光效率的極值發(fā)生在７４０?ｎｍ發(fā)光對應的量子點??上，此時量子點的禁帶寬度為１．６７?ｅＶ，對應尺寸為２．８?ｎｍ，如圖１．４（ｂ）所示。??他們測得了不同尺寸的硅量子點的輻射和非輻射幾率，通過理論計算他們發(fā)現：??對于福射復合幾率而言，在硅量子點尺寸大于２．８?ｎｍ時，由于量子哏域效率的??影響，輻射復合幾率會隨著硅量子點尺寸的減小而上升；而當尺寸小于２．８?ｎｍ之??后
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