环保型Cu-In-S胶体量子点组分相关光学性能调控及光电应用研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wushupei
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
不同于宏观半导体块材材料,半导体胶体量子点的优势在于可以在不改变材料的情况下,利用其独特的量子限域效应、表面效应等,实现电子能带的调控。基于溶液的低成本大面积的可控制备和尺寸可调的优异性能使得胶体量子点在新型纳米器件的应用呈现极大的应用潜力,如量子点太阳能电池、光电化学电池、发光二极管和光电探测器。但对器件性能的追求却忽略了其对环境和人类健康的影响,导致现阶段大部分用于高性能光电器件的胶体量子点主要含有剧毒重金属Cd或Pb等元素。这些剧毒重金属元素的使用极大地限制了胶体量子点进一步发展。因此,发展低成本、高性能环保型胶体量子点在相关器件的应用方面极为重要。Cu In S2(CIS)胶体量子点具有优异的光电性能,如吸光系数大且拥有近红外荧光发光,环保无毒优点。但其可调的能带范围较窄,难以实现基于胶体量子点的光电器件的制备。本文以CIS胶体量子点为基础,分别利用Zn和Se的合金化作用制备组分可调的环保型多元Cu-Zn-In-S(CZIS)和Cu-In-Se-S(CISe S)胶体量子点。从组分调控的角度实现了Cu In S2胶体量子点能带的拓宽和收窄调节。进一步研究了其组分可调的光学性能,并将其分别制备成量子点光电化学电池(PEC)和近红外光电探测器以实现环保型光电器件应用。全文研究如下:(1)通过简单的热注入法合成了组分可调的CZIS量子点。合成出来的CZIS胶体量子点具有良好的单分散性和结晶性,且为合金化的黄铜矿晶型。该胶体量子点中Zn元素组分可调且禁带宽度从2.0变化到2.3 e V,且Zn的掺入可以有效钝化缺陷态,从而抑制非辐射复合和增强辐射复合。但过量的Zn却可以带来严重的晶格畸变和更复杂的缺陷态,从而导致更多复杂的非辐射复合路径,损害量子点的光学性能。(2)利用合成的环保型四元CZIS量子点,通过简单、安全且有效的化学浴沉积法,将CZIS胶体量子点均匀且紧密地沉积在介孔Ti O2薄膜中以制备量子点敏化PEC光阳极,实现太阳能驱动的PEC产氢应用。数据分析表明,经过组分最优化光学性能的CZIS量子点与Ti O2形成的异质结可以实现更为有效的光生电荷分离和转移,敏化的PEC电池具有最优异的性能。另外,通过调控CZIS量子点PEC器件的表面钝化状态,可以进一步提高CZIS量子点PEC器件的产氢性能和稳定性。(3)通过热注入法合成了组分可调的CISe S量子点,并将其沉积在介孔Ti O2薄膜中制备得到了近红外光电探测器。合成出来的CISe S胶体量子点具有良好的结晶性,且为合金化的黄铜矿晶型。合成出来的CISe S量子点随着Se元素的比例的增加,其吸收光谱拓宽且逐渐红移,能带从1.40收窄到1.17e V。对于其制备的红外光电探测器件,CISe S量子点仍表现出在介孔二氧化钛薄膜中的均匀分布,同时,由于逐渐拓宽的近红外光吸收,Se含量最多的CISe S量子点近红外光电探测器对760nm波长的近红外光拥有最佳的光电探测性能。综上,本文利用Zn和Se合金化作用对CIS量子点进行了的组分调控,制备组分可调的环保型多元CZIS和CISe S胶体量子点。实现了Cu In S2胶体量子点禁带宽度的拓宽和变窄,以及CZIS胶体量子点中缺陷态和荧光量子产率的优化调节。以此为基础制备了两种不同光电器件,并研究了光生电荷分离和转移速率,最终实现了从材料到器件的应用。并为多元合金化的胶体量子点及其器件应用提供了参考。
其他文献
无人机自组织网络以其灵活组网、自愈性强的特点在军民领域有着广泛的应用。信道接入技术掌握着无线资源的分配,对无人机自组织网络的性能起到关键性作用,因此无人机自组网信道接入技术成为一个研究热点。无人机自组网信道接入技术包含两类,一类是竞争机制类,另一类是TDMA类。网络规模较大时,竞争类的MAC协议会导致传输冲突概率增加,使得网络性能急剧下降,而TDMA类的MAC协议通过时隙预约的方式降低了传输冲突的
波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计在地面无线通信、卫星通信、雷达与声纳系统等很多领域中都得到了非常普遍的研究与应用。传统DOA估计算法一般可以分为两类。第一类是基于谱的方法,包括Bartlett、多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)、Capon等。第二类是基于参数的方法,例如最大似然(Maximum Likeliho
无线传输速率的提高推动新兴应用的发展,丰富人们的日常生活,反过来全新的应用场景也给通信系统提出更高的要求。随着第五代移动通信(5th Generation Mobile Networks,5G)逐步走向商用阶段,各国已经开始了对更高频段太赫兹(Terahertz,THz)的研究工作。太赫兹通信能够支持更高的通信速率,并且安全性高、抗干扰能力强,被认为是下一代移动通信的关键技术之一。由于太赫兹波在空
为了满足未来无线移动通信物理层安全的需要,要求以多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)为代表的无线传输技术既能提高数据速率,又能保障信息安全。近年来涌现的方向调制与空间索引调制等新型MIMO技术能够在增强物理层安全性的同时,提高传输速率,此外,人工噪声也是实现MIMO物理层安全传输的经典方法。本论文针对上述MIMO物理层安全领域的新兴技术,提出了一系
相互作用玻色子模型(IBM)已经成功描述了中重核的集体激发。不同于几何模型,IBM具有内部群结构的代数表示。在IBM原始模型,即IBM-1中,虽然只包括角动量L=0的s玻色子对和L=2的d玻色子对,IBM模型已经成功的描述了很多核的性质。本论文首先介绍了IBM-1的基本理论,包括基态、哈密顿量、群链的约化、内部相干态以及势能曲面等。论文第三章在原始相互作用玻色子模型(IBM-1)下系统研究了偶偶核
在无线通信迅猛发展的今天,保障信息安全传输成为关注的焦点。传统加密通信容易引起窃听者的注意,相比而言,隐蔽通信技术将部分信息隐蔽传输,利用把部分信息隐藏在普通的信息载体中,使信息在传输过程中不易被发现。而基于物理层的隐蔽通信技术是其中重要的分支,基于物理层的隐蔽通信可以使窃听方无法截获信息甚至无法分辨机密信息,不仅提升了机密性并且方式多种多样,易于实现。因此,基于物理层的隐蔽传输技术凭借其优势已经
背景:全基因组关联研究(Genome-wide association studies,GWAS)发现HLA-DQB1,HLA-DRB1与IgA肾病(IgA nephropathy,IgAN)的疾病风险相关,但GWAS研究仅能解释IgA肾病患者4~7%的疾病遗传度,且HLA-DQB1,HLA-DRB1与IgA肾病的发病及进展机制尚不清楚。我们前期的实验结果提示IgAN患者外周血HLA-DQB1,H
随着第五代移动系统(5th Generation Mobile Networks,5G)的兴起,无线控制系统得到了越来越广泛的应用。相比于有线电缆连接,无线网络成本低廉,部署迅速,且可以提高控制器的空间自由度。然而移动网络的开放性也给无线控制系统带来了越来越多的安全挑战。本文从物理层安全(Physical Layer Security,PLS)的角度出发,探索了无线控制系统中控制和通信联合设计下的
在我国,肺癌的发生率和死亡率都位居首位。肿瘤的侵袭转移涉及多步骤和多基因,肿瘤微环境(Tumor micro-environment,TME)发挥着重要作用。间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)是TME中关键组成细胞,分布于各种组织和器官,具有强大的自我更新能力和分化潜能,骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cell,BMS
复杂系统的动力学经常被稀有但重要的事件所驱动,众所周知的例子包括化学反应、扩散过程和大分子的相位改变。这类系统的有效热能和典型能量障碍之间的不可比性导致了时间尺度的分离。而时间尺度的分离对研究稀有事件提出了计算上的挑战。论文在零温度弦方法的基础上提出了自适应零温度弦方法,对带有光滑能量面的复杂系统中的稀有事件的转化路径进行了研究。与零温度弦方法一样,自适应零温度弦方法只需要计算势能函数的一阶导数;