水相體系中CdSe-Ag及ZnSe-Cu摻雜量子點的合成與表征.pdf

1、半導體量子點由于吸收與發射波長可調等優異的光學特性,在太陽能電池、發光二極管、生物醫學等領域具有巨大的應用前景。目前量子點的合成主要在有機相中進行,采用的合成原料大部分具有高毒性且價格昂貴,并且需要較高的合成溫度。通常制備的量子點表面含有疏水性基團的長鏈有機配體,實際應用時需要經過配體交換。改變量子點的尺寸與成分是調控其性能的基本手段,為拓寬量子點熒光發射范圍需要控制其成分或者減小顆粒尺寸,這在實際合成時很難精確控制,而且當量子點的粒徑

2、減小到一定尺寸時,其結構與表面上的缺陷無可避免并導致性能下降。另外,由于不同尺寸的量子點可以獲得較寬范圍內連續變化的熒光發射,但應用其制備LEDs時會出現嚴重的重吸收現象而導致轉換效率降低。本文針對這些問題,做了如下工作:
　　首先,以電化學法制備的H2Se為Se源,采用了一種簡便的水相反應方法合成MPA包覆的CdSe量子點。探討了回流加熱與電解制備H2Se氣體的時間對CdSe量子點光學性能的影響。適當調節回流加熱時間,獲得的Cd

3、Se量子點的熒光發射峰從456nm紅移到502nm。改變電解時間可以實現PL峰從494nm紅移到520nm,相應的量子產率為18％左右。XRD及HRTEM測試結果顯示,獲得的CdSe量子點為立方閃鋅礦結構,單分散性好,顆粒尺寸約為2.7nm。
　　其次,通過離子擴散的方式,將Ag摻雜劑加入已制備好的CdSe量子點溶液中,首次在水相體系中制得CdSe:Ag摻雜量子點,XPS檢測結果證實了這一結論。其光學性能的測試結果表明,Ag摻雜抑

4、制了CdSe量子點的本征帶隙的發射,而在長波方向出現新的摻雜發射峰,并且摻雜發射使得Stokes位移值從0.26eV增大到0.51eV。所獲得的CdSe:Ag摻雜量子點具有較高的量子產率,在摻雜進行30min時,量子產率最高達28%。同樣地,改變基體CdSe量子點的大小,獲得的CdSe:Ag摻雜量子點的熒光發射波長從546nm到583nm。為了進一步提高其熒光性能,通過外延生長的方式在CdSe:Ag摻雜量子點外層生長CdS殼層,獲得Cd

5、Se:Ag/CdS核殼量子點,研究發現熒光強度明顯提高,相應的量子產率從28%提高到37%。
　　最后,考慮到含Cd的量子點因其重金屬的高毒性,我們又以ZnSe量子點為基體,制備出熒光發射從藍光到綠光的ZnSe:Cu摻雜量子點。XPS測試證明Cu成功摻入基體ZnSe量子點,XRD測試顯示其仍為閃鋅礦結構,其HRTEM照片表明其顆粒分散性較好、外形近似圓形、尺寸約為4nm。ZnSe:Cu摻雜量子點的光譜測試結果表明,與CdSe:Ag

6、摻雜量點相似,Cu的摻入出現了新的摻雜發射峰,不僅抑制了ZnSe量子點的本征發射,同時也改善了ZnSe量子點的表面缺陷態使其缺陷發射消失。結合光學圖譜及量子點的能級示意圖分析,Cu摻雜在ZnSe半導體量子點帶隙之間形成一個新的雜質能級,導帶中受激發電子與價帶空穴在雜質能級發生輻射性復合,造成Cu的摻雜發射。此外,我們探討了回流時間及配比的對ZnSe:Cu摻雜量子點的熒光性能影響。在配比為Zn/Se=1.2:1時,熒光發射在回流時間為60