由于硫化鉛（PbS）量子點具有帶隙可調(diào)、波爾半徑大（18 nm）、尺寸可控、制備方法簡單及潛在的多激子效應等優(yōu)點,在太陽能電池、光電探測器等領域具有極大的應用價值。然而,采用熱注入法合成PbS量子點,其表面包裹的配體長鏈限制了載流子的傳輸,同時量子點表面存在大量的懸掛鍵,這些都會對其光電性能造成不良影響。為此,本文對PbS量子點合成及其鈍化工藝展開研究,探究鈍化方法對PbS量子點薄膜特性及PbS/Al肖特基結(jié)光電性能的影響。主要工作與結(jié)果如下:1.采用熱注入法合成PbS量子點,提出通過變換冷卻方式研究冷卻速率對PbS量子點特性的影響。結(jié)果表明:隨著冷卻速率從2.5℃/min增加到10℃/min,量子點帶隙變寬、PL譜和吸收譜出現(xiàn)藍移、PL峰更加尖銳且半高峰寬（FWHM）變窄;當冷卻速率為10℃/min、反應溫度為90℃、反應時間為5 min時,制備出的PbS量子點尺寸為3.42 nm,帶隙為1.21 eV,吸收光譜和PL譜均位于近紅外區(qū)域;2.對比研究固態(tài)置換法、液相法及混合鈍化法三種鈍化工藝對PbS量子點薄膜特性的影響。結(jié)果表明:PbSMAI-MAI混合鈍化效果最優(yōu),采用混合鈍化法時... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)量子點尺寸效應示意圖[2]，(b)多激子產(chǎn)生效應示意圖[3]

、1,2-乙二硫醇（EDT）與十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）三種表面配體鈍化PbS量子點，并制備了三種表面配體鈍化量子點的光電探測器，表明量子點光電器件性能與其缺陷能級深淺有關，其中CTAB配體鈍化的量子點探測器性能最優(yōu)，其歸一化比探測率（D*）為8.9x109Jones。2015年，RyanWCrisp[18]等人將金屬鹵化物（PbI2、PbCl2、CdI2或CdCl2）溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，取代PbS量子點表面有機配體。研究發(fā)現(xiàn)鹵化物離子比硫醇或有機鹵化物處理PbS量子點薄膜的碳含量明顯降低，使得PbS量子點薄膜引入更深的功函數(shù)和能帶位置（如圖1-2），量子點薄膜在微米數(shù)量級下質(zhì)量較好，提高了載流子傳輸性能，其制備的太陽能電池PCE高于7%。圖1-2不同材料鈍化PbS量子點的光電子能譜[18]Fig.1-2PhotoelectronspectroscopyofPbSquantumdotspassivatedbydifferentmaterials[18]2016年，MohammadMahdiTavakoli[19]采用熱注入法合成了PbS量子點，為解決量子點的陷阱態(tài)和電荷傳輸弱的問題。研究了Cd、Ca和Zn三種不同的陽離子對PbS量子點進行摻雜，利用摻雜離子鈍化PbS量子點中間隙陷阱態(tài)，發(fā)現(xiàn)鈍化后量子點陷阱態(tài)密度減小，陷阱俘獲載流子數(shù)減小，載流子復合降低，有利于提高載流子的傳輸。如圖1-3所示為PbS量子點太陽能電池器件結(jié)構(gòu)示意圖和摻雜量子點原理示意圖。采用時間分辨光

西安理工大學碩士學位論文4致發(fā)光法研究了不同陽離子摻雜后載流子的壽命，發(fā)現(xiàn)Cd摻雜后使載流子壽命為1.41μs，提高了80%。由伏安（J-V）特性曲線表明，用Cd離子摻雜后制備的量子點太陽能電池的PCE為5.81%。（a）（b）圖1-3(a),(b)分別為器件結(jié)構(gòu)圖和Cd、Ca、Zn摻雜PbS量子點示意圖[19]Fig.1-3(a),(b)DevicestructurediagramandCd,Ca,ZndopedPbSquantumdots[19]2017年，RenZ[6]課題組為解決PbS量子點單層器件的漏電流大、開關比小和光響應慢的問題。從界面輔助光載流子分離和復合角度入手，采用雙層PbS-TBAI/PbS-EDT量子點器件結(jié)構(gòu)，如圖1-4所示。ITO、Au的功函數(shù)分別為4.7eV和5.1eV，二者材料的功函數(shù)相匹配可以形成良好的歐姆接觸，對器件特性影響較校由于PbS-TBAI/PbS-EDT界面存在耗盡區(qū)，使得導電區(qū)域減小，產(chǎn)生較小的暗電流，相比較單層器件的陷阱輔助載流子分離、復合，通過雙層器件結(jié)構(gòu)控制載流子分離復合，使得器件的光響應速度加快，Ilight/Idark為152.35，D*為1.71x1012Jones，信噪比（SNR）為1113.31，線性動態(tài)范圍（LDR）為60.94dB，之后該小組在柔性襯底上制備了光電探測器，克服了傳統(tǒng)光電探測器材料的難柔性化缺點。（a）（b）圖1-4(a)器件結(jié)構(gòu)圖和能級示意圖[6],(b)柔性聚酰亞胺(PI)襯底上制備的器件[6]Fig.1-4(a)Devicestructurediagramandenergyleveldiagram[6],(b)Deviceonaflexiblepolyimide(PI)substrate[6]2018年，JunfengX[20]在PbS-TBAI/PbS-EDT雙層結(jié)構(gòu)的基礎上增加ZnO層，ZnO禁帶寬度較寬，價帶為-4.2eV，導帶為-6.9eV，有利于傳輸電子、阻擋空穴，減小暗電流，提高光電流，D*達到5.52x1013Jones，進而使得器件性能提高。2018年，WeiY[12]該小組在雙層異質(zhì)結(jié)量子點的基礎上，致力于提高光電流和抑制暗電流，由?

【參考文獻】：
博士論文
[1]硫化鉛量子點基復合納米晶的增強型光電探測器研究[D]. 何俊剛.華中科技大學 2014
[2]IV-VI族化合物量子點太陽能電池的制備及其性能研究[D]. 翟光美.華中科技大學 2012

碩士論文
[1]PbS膠體量子點表面化學對薄膜性質(zhì)及其光伏器件性能的影響研究[D]. 高文輝.太原理工大學 2018
[2]SPS制備Pb（Cd）S量子點玻璃及其性能研究[D]. 楊豐桕.東華大學 2014



本文編號：3386181