半導體納米晶材料的合成及其在光電器件中的應用.pdf

1、膠體半導體納米晶（下文簡寫為納米晶）是一種溶液中合成的新型無機功能材料，其表面覆蓋有一層長鏈有機配體，使其在有機溶劑中有很好的分散性，同時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特的光電性能，在生物成像、發(fā)光二極管、激光器和太陽能電池等方面得到了廣泛的研究，表現(xiàn)出巨大的應用潛力。人們對于納米晶材料性質的認識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、基本性質的調(diào)控方法及其對器件性能的影響，才有望真正將此類材料推向實際應用。
　　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、形貌等對材料本身性質以及對基于納米晶的太陽能電池和脈沖激光器性能的影響。展示了納米晶材料的設計修飾對器件性能的相關影響規(guī)律。具體研究成果如下：
　　第一章:納米晶的基本性質介紹。簡要綜述了基于PbX納米晶材料的純納米晶太陽能電池和聚合物/納米晶雜化太陽能電池的研究進展。介紹了新型自摻雜

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

4、類材料的穩(wěn)定性提供指導作用。
　　第三章：PbSxSe1-x納米晶的合成及其在聚合物/納米晶雜化太陽能電池中的應用。我們通過調(diào)控三元PbSxSe1-x納米晶中的硫硒比例與聚合物構筑雜化太陽能電池，獲得了文獻報道最高的5.50％的光電轉換效率和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，它綜合了太陽能電池中PbS電壓較高，PbSe電流較高的優(yōu)勢。另外，我們發(fā)現(xiàn)了聚合物和納米晶在成膜過程中會發(fā)生縱向相分

5、離，并且詳細研究了聚合物/納米晶共混比例對雜化層三維形貌的影響，在此基礎上通過器件結構設計獲得了理想的給體-給體/受體-受體的器件結構，這種結構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用。通過控制反應條件獲得了尺寸可控調(diào)節(jié)的Cu3-xP納米晶，實現(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波段較寬的一個波譜范圍。另外我們

6、發(fā)現(xiàn)，通過簡單的熱退火處理，可以方便地調(diào)控其LSPR強度、光學非線性性和等離子體動力學性質。進一步地，我們利用Cu3-xP納米晶作為一種簡單有效的飽和吸收體，成功實現(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。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)模制備的新型光學非線性材料，在信號產(chǎn)生和光通訊領域具有重要的應用前景。
　　綜上所述，本論文從基本的化學合成入手，研究了三類納米晶材料的合成及性質調(diào)