锰锡掺杂环保型CuInSe2/ZnSe核壳量子点的物性调控及光电探测应用

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量子点是一种合成便捷,组分结构可调的纳米晶。其中CuInSe2胶体量子点是一种能够随着需要改变带隙的半导体纳米材料,因为不含铅、汞、镉等有毒元素,CuInSe2胶体量子点对人类生存环境比较友好。由于表面具有大量的陷阱态,CuInSe2胶体量子点产生的光生载流子会发生很严重的非辐射复合,这将直接影响CuInSe2量子点光电探测器的性能。鉴于以上的问题,本论文对CuInSe2胶体量子点进行了锰离子掺杂和锡离子掺杂,通过锰离子掺杂,增加了量子点产生的光生载流子在器件中的传递效率,通过锡离子的掺杂,实现了量子点近红外的调控。在掺杂的基础上又在对应的核量子点表面生长了ZnSe壳层结构,这使得量子点表面的陷阱态密度大大减少,并且实现了胶体量子点光电探测器在可见光和近红外波段的高效光电探测。本论文研究的具体内容如下:(1)为了提高量子点的结晶性以及降低量子点表面的陷阱态密度,通过引入锰离子得到了MnCuInSe胶体量子点。在此基础上,又在MnCuInSe核量子点表面生长了不同厚度的ZnSe壳层结构,分别得到了MnCuInSe/0.5ZnSe、MnCuInSe/1.0ZnSe和MnCuInSe/1.5ZnSe。随着ZnSe壳层的不断变厚,其吸收和荧光不断发生蓝移。通过测试以上三种核壳量子点组装的光电探测器的性能,发现最优样品为MnCuInSe/1.0ZnSe,其在450纳米波段下的响应度为3.417 A/W,探测率为3.8x1010Jones。在520纳米波段下的响应度达到了1.985 A/W,探测率达到了4.14x1010 Jones。(2)为了将CuInSe2的吸收范围进一步向近红外波段调控,本工作通过引入锡离子,得到了CuInSnSe核量子点。由于CuInSnSe核量子点极其不稳定,因此又在CuInSnSe核量子点表面生长了ZnSe壳层结构,得到CuInSnSe/ZnSe核壳量子点。成功将禁带宽度从1.6 e V调整到了1.9 e V。通过ZnSe壳层对CuInSnSe量子点进行有效的表面钝化,提高量子点的光学性能。(3)将上述CuInSnSe/ZnSe核壳量子点通过电泳沉积敏化到介孔二氧化钛薄膜上,组装成CuInSnSe/ZnSe量子点光电探测器。通过测试得到该光电探测器在790纳米波段下的响应度为0.95 A/W,探测率为1.74x1010 Jones。在980纳米波段下响应度达到了0.16 A/W,探测率达到了2.75x10~9 Jones。以上数据说明本工作制作的CuInSnSe/ZnSe量子点光电探测器真正实现了近红外光电探测。
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