半導(dǎo)體納米晶材料的合成及其在光電器件中的應(yīng)用.pdf

1、膠體半導(dǎo)體納米晶（下文簡(jiǎn)寫(xiě)為納米晶）是一種溶液中合成的新型無(wú)機(jī)功能材料，其表面覆蓋有一層長(zhǎng)鏈有機(jī)配體，使其在有機(jī)溶劑中有很好的分散性，同時(shí)使得此類材料具備了大面積溶液加工的特性。這類材料具備一系列獨(dú)特的光電性能，在生物成像、發(fā)光二極管、激光器和太陽(yáng)能電池等方面得到了廣泛的研究，表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。人們對(duì)于納米晶材料性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和器件性能研究已有20多年的歷史，取得了一系列的成果，但是仍需要更加深入地理解納米晶材料的表面狀態(tài)、形貌、晶型等

2、基本性質(zhì)的調(diào)控方法及其對(duì)器件性能的影響，才有望真正將此類材料推向?qū)嶋H應(yīng)用。
　　本博士論文中，我們從納米晶材料的合成源頭出發(fā)，研究納米晶組分、形貌等對(duì)材料本身性質(zhì)以及對(duì)基于納米晶的太陽(yáng)能電池和脈沖激光器性能的影響。展示了納米晶材料的設(shè)計(jì)修飾對(duì)器件性能的相關(guān)影響規(guī)律。具體研究成果如下：
　　第一章:納米晶的基本性質(zhì)介紹。簡(jiǎn)要綜述了基于PbX納米晶材料的純納米晶太陽(yáng)能電池和聚合物/納米晶雜化太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展。介紹了新型自摻雜

3、等離子體納米晶的性質(zhì)及其應(yīng)用進(jìn)展。
　　第二章：CsPbBr3納米晶分解合成均勻 Cs4PbBr6納米晶及機(jī)理研究。在油胺和硫醇的共同作用下CsPbBr3納米晶（立方體）會(huì)在幾十秒內(nèi)分解成X2+[PbBr4]2（X=Cs或油胺）層狀配合物，該配合物會(huì)繼續(xù)在200 s左右生長(zhǎng)成均勻的菱形柱狀的Cs4PbBr6納米晶。該過(guò)程在空氣中室溫下便可發(fā)生。對(duì)該轉(zhuǎn)變過(guò)程的研究將有助于揭示此類新型納米晶材料的分解機(jī)制和獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，為今后提高此

4、類材料的穩(wěn)定性提供指導(dǎo)作用。
　　第三章：PbSxSe1-x納米晶的合成及其在聚合物/納米晶雜化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。我們通過(guò)調(diào)控三元PbSxSe1-x納米晶中的硫硒比例與聚合物構(gòu)筑雜化太陽(yáng)能電池，獲得了文獻(xiàn)報(bào)道最高的5.50％的光電轉(zhuǎn)換效率和67%的填充因子。此高效率得益于PbSxSe1-x納米晶更加優(yōu)異的光電性能，它綜合了太陽(yáng)能電池中PbS電壓較高，PbSe電流較高的優(yōu)勢(shì)。另外，我們發(fā)現(xiàn)了聚合物和納米晶在成膜過(guò)程中會(huì)發(fā)生縱向相分

5、離，并且詳細(xì)研究了聚合物/納米晶共混比例對(duì)雜化層三維形貌的影響，在此基礎(chǔ)上通過(guò)器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得了理想的給體-給體/受體-受體的器件結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常有利于電荷的拆分和傳輸，提高了器件效率。
　　第四章：Cu3-xP納米晶的合成及其在脈沖激光器中的應(yīng)用。通過(guò)控制反應(yīng)條件獲得了尺寸可控調(diào)節(jié)的Cu3-xP納米晶，實(shí)現(xiàn)了局域等離子體共振（LSPR）吸收從1390 nm到1750 nm可調(diào)，覆蓋通訊C波段到L波段較寬的一個(gè)波譜范圍。另外我們

6、發(fā)現(xiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱退火處理，可以方便地調(diào)控其LSPR強(qiáng)度、光學(xué)非線性性和等離子體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。進(jìn)一步地，我們利用Cu3-xP納米晶作為一種簡(jiǎn)單有效的飽和吸收體，成功實(shí)現(xiàn)了1.5μm處高能調(diào)Q脈沖激光輸出。器件性能與其他材料相當(dāng)。該工作表明，這種自摻雜等離子體納米晶體作為一種低成本、可大規(guī)模制備的新型光學(xué)非線性材料，在信號(hào)產(chǎn)生和光通訊領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
　　綜上所述，本論文從基本的化學(xué)合成入手，研究了三類納米晶材料的合成及性質(zhì)調(diào)