【摘 要】
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硫化铅（PbS）胶体量子点是一种可通过低成本溶液方法制备的无机半导体纳米晶材料,其带隙在0.5e V～1.9e V范围内连续可调,具有明显的量子限域效应。此外,其还具有稳定性好、近红外波段吸光系数高以及可以产生多激子效应等优点,被认为是一种极具应用前景的短波红外探测材料。然而,基于PbS胶体量子点的光电探测器件在量子效率以及噪声方面与商用的光电探测器仍有一定的差距,这是由于在制备的过程中,组成器件
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目（编号:2019ZDLGY16-01）；
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硫化铅（PbS）胶体量子点是一种可通过低成本溶液方法制备的无机半导体纳米晶材料,其带隙在0.5e V～1.9e V范围内连续可调,具有明显的量子限域效应。此外,其还具有稳定性好、近红外波段吸光系数高以及可以产生多激子效应等优点,被认为是一种极具应用前景的短波红外探测材料。然而,基于PbS胶体量子点的光电探测器件在量子效率以及噪声方面与商用的光电探测器仍有一定的差距,这是由于在制备的过程中,组成器件的薄膜会产生各种缺陷,影响光生载流子在器件内的输运。因此,本论文围绕光伏型量子点光电探测中光吸收层和电子传输层的缺陷进行研究,通过改善各层薄膜的表面形貌、内部缺陷以及各层薄膜间的界面接触等,实现对PbS量子点光电探测器量子效率（External Quantum Efficiency,EQE）的优化。具体的研究内容如下:首先,使用热注入法在170℃的条件下合成了第一激子吸收峰在1600nm左右的PbS胶体量子点,并且通过透射电子显微镜（TEM）对于PbS量子点的分散性和尺寸大小进行了表征。结果表明所制备的量子点分布均匀,平均在7nm左右,这为后续PbS量子点薄膜以及PbS量子点光电探测器的制备打下了良好的基础。其次,通过对PbS量子点制备过程中所使用的分散剂,配体交换剂浓度的调控,改善了PbS量子点薄膜表面裂纹、孔洞多,粗糙度大的问题。分别使用优化前后的PbS量子点薄膜参与制备了PbS量子点光电探测器,在400nm左右器件EQE从6%提升到27%,在1600nm左右器件的EQE从1.2%提升到4.5%,优化后的器件在1600nm处的EQE较之前提升了约3.8倍。最后,通过调节ZnO前驱体溶液的浓度来对ZnO薄膜中的缺陷进行优化,随着ZnO前驱体溶液浓度的增大,ZnO薄膜中缺陷氧所占的比例逐渐下降,结合后续退火导致的重结晶,薄膜晶粒不断增大,由于带尾态引起的吸收逐渐减少,薄膜结晶过程更加充分,薄膜中的缺陷态逐渐减少。但是由于溶质的增多,薄膜表面的粗糙度逐渐增大,在两种因素的共同影响下,使用浓度为0.7M（mol/L）的溶液制备的ZnO薄膜参与制备的光电探测器件能够获得最优异的性能,在1600nm的光照条件下,器件的响应度和比探测率分别提升到了0.32A/W和3.48×1011Jones的水平,EQE为25%,器件的响应时间为τR=130μs,τF=20μs。
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