【摘 要】
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半导体纳米晶尺寸可调的光电特性、制备成本低廉、大规模兼容性等优点,使其成为下一代光电器件最有前景的材料。器件的性能不仅取决于单个纳米晶的性质,纳米晶的集体性质对器件
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半导体纳米晶尺寸可调的光电特性、制备成本低廉、大规模兼容性等优点,使其成为下一代光电器件最有前景的材料。器件的性能不仅取决于单个纳米晶的性质,纳米晶的集体性质对器件的性能也会产生极大的影响。 合成均一的纳米晶引入的长链配体虽然可以使纳米晶更好的分散在有机溶剂中,但是阻止了纳米晶间电荷的传输,限制了纳米晶在光电器件中的应用。用短链配体取代纳米晶表面的长链配体以期增强纳米晶间的耦合强度是一种简便且有效的方法,然而通常使用的固相配体交换的方法,会严重破坏纳米晶薄膜的长程有序性,增加电荷传输的无序能。另外,配体会改变纳米晶表面性质,影响其光电器件的性能。但是,不同配体对纳米晶薄膜形貌的改变通常主导了电荷传输性能,严重影响了对配体作用的纳米晶表面性质的判断。此外,理论工作显示,纳米晶表面配体的类型与含量对其表面性质均有很大影响,然而调控薄膜表面配体的含量困难很大,至今未有报道。 因此,本课题从解决这三个问题出发开展研究工作。首先通过溶液原位卤素配体取代的方法,既维持了PbS薄膜的长程有序性,又减小了纳米粒子之间的距离,改善了器件的性能,PbS薄膜的空穴迁移率达到0.224cm2V-1s-1,是目前报道中最高的未经退火处理的PbS薄膜的空穴迁移率。其次,基于氨基配体原位取代的方法,制备了一种PbS融合网状超结构薄膜,这种结构有利于排除配体交换过程中引入的PbS薄膜形貌的变化对器件性能的影响,进一步研究了不同配体产生PbS薄膜表面性质的变化对其光电特性的影响。测试结果显示,硫氰酸铵配体处理的PbS薄膜具有最高的空穴迁移率和响应率,可用于场效应晶体管器件中,然而乙二硫醇配体处理的PbS薄膜的迁移率、光电流和暗电流都是最低的。最后,基于配体的空间位阻效应,在PbS融合网状超结构薄膜表面引入不同含量的碘离子配体,进一步研究配体的含量对PbS薄膜性能的影响。测试结果显示,除丁胺氢碘酸盐外,随着碘离子含量的增加,PbS薄膜的迁移率增加,PbS薄膜表面碘离子的含量越多,光电器件的响应时间越长。 本课题的研究工作对器件应用中纳米晶表面配体的选择具有一定的指导意义,并且为进一步改善纳米晶薄膜表面化学特性、提高器件的性能,提供了新的思路。
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