PbS量子点基复合纳米晶制备及光电特性研究

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半导体纳米晶体材料因其新颖的特性,使得它们在磁、光、电等方面呈现出其他材料不具备的性质,在光能转换、化学传感、荧光标记等方面有着广阔应用。硫化铅(PbS)量子点作为其中的一员,在过去几十年中一直是研究的热点。针对如何提升光电探测性能的问题,研究人员不断开拓新的方法,以量子点为基础构建复合材料并将其应用到光电器件被视为一种极具前途的方向。鉴于上述背景,本文在实现硫化铅量子点的可控制备的基础上,对量子点配体交换工艺进行优化,通过将硫化铅(PbS)量子点与金属银(Ag)纳米晶材料进行复合,构筑的光电器件性能得到了有效增强。本论文开展了以下三个方面的工作:1.采用热注入法制备出PbS量子点,通过控制合成过程中量子点的生长温度,得到了粒径尺寸分布在2.5 nm到10.8 nm范围内的PbS量子点。XRD的结果显示合成的PbS量子点具有良好的品质。吸收光谱测试结果证实,所合成PbS量子点的吸收峰可从872 nm调节至2023 nm左右,并且所合成的尺寸为10.8nm左右的量子点其光谱吸收范围最大能够截止至2200 nm,实现了近红外光谱吸收范围内量子点的可控制备。2.胶体合成的量子点表面存在的长有机配体是维持量子点胶体溶液稳定性的关键,但存在影响量子点薄膜器件的电荷收集效率和传输效率的问题。本文针对原始PbS量子点表面长链油酸基团阻碍电子输运的问题,研究了目前主流的固态配体交换策略。选用乙二硫醇(EDT)、四丁基碘化铅(TBAI)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面配体交换的方案,研究了三种配体对PbS量子点薄膜及光电性能的影响。对比分析可知,CTAB钝化处理效果最优,可用于后续研究使用。3.在成功合成Ag纳米晶体基础上制备了不同质量比的PbS/Ag复合纳米晶材料并构筑光电器件,对比纯PbS量子点光电器件的性能进行了测试分析。在入射光源为405 nm,入射光功率为100 m W/cm~2时表现最佳的复合纳米晶光电器件响应度为1.167 m A/W,是纯硫化铅量子点光电导器件响应度的6.7倍。实验结果表明选择合适质量比的PbS/Ag复合纳米晶作为光吸收层能够有效增加器件的光电流,验证了纳米复合材料在未来电子和光电子器件应用的竞争力,为制备复合型高性能器件提供了思路。
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