水相體系中CdSe-Ag及ZnSe-Cu摻雜量子點(diǎn)的合成與表征.pdf

1、半導(dǎo)體量子點(diǎn)由于吸收與發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)等優(yōu)異的光學(xué)特性,在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。目前量子點(diǎn)的合成主要在有機(jī)相中進(jìn)行,采用的合成原料大部分具有高毒性且價(jià)格昂貴,并且需要較高的合成溫度。通常制備的量子點(diǎn)表面含有疏水性基團(tuán)的長(zhǎng)鏈有機(jī)配體,實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要經(jīng)過(guò)配體交換。改變量子點(diǎn)的尺寸與成分是調(diào)控其性能的基本手段,為拓寬量子點(diǎn)熒光發(fā)射范圍需要控制其成分或者減小顆粒尺寸,這在實(shí)際合成時(shí)很難精確控制,而且當(dāng)量子點(diǎn)的粒徑

2、減小到一定尺寸時(shí),其結(jié)構(gòu)與表面上的缺陷無(wú)可避免并導(dǎo)致性能下降。另外,由于不同尺寸的量子點(diǎn)可以獲得較寬范圍內(nèi)連續(xù)變化的熒光發(fā)射,但應(yīng)用其制備LEDs時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的重吸收現(xiàn)象而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率降低。本文針對(duì)這些問(wèn)題,做了如下工作:
　　首先,以電化學(xué)法制備的H2Se為Se源,采用了一種簡(jiǎn)便的水相反應(yīng)方法合成MPA包覆的CdSe量子點(diǎn)。探討了回流加熱與電解制備H2Se氣體的時(shí)間對(duì)CdSe量子點(diǎn)光學(xué)性能的影響。適當(dāng)調(diào)節(jié)回流加熱時(shí)間,獲得的Cd

3、Se量子點(diǎn)的熒光發(fā)射峰從456nm紅移到502nm。改變電解時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)PL峰從494nm紅移到520nm,相應(yīng)的量子產(chǎn)率為18％左右。XRD及HRTEM測(cè)試結(jié)果顯示,獲得的CdSe量子點(diǎn)為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu),單分散性好,顆粒尺寸約為2.7nm。
　　其次,通過(guò)離子擴(kuò)散的方式,將Ag摻雜劑加入已制備好的CdSe量子點(diǎn)溶液中,首次在水相體系中制得CdSe:Ag摻雜量子點(diǎn),XPS檢測(cè)結(jié)果證實(shí)了這一結(jié)論。其光學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果表明,Ag摻雜抑

4、制了CdSe量子點(diǎn)的本征帶隙的發(fā)射,而在長(zhǎng)波方向出現(xiàn)新的摻雜發(fā)射峰,并且摻雜發(fā)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(diǎn)具有較高的量子產(chǎn)率,在摻雜進(jìn)行30min時(shí),量子產(chǎn)率最高達(dá)28%。同樣地,改變基體CdSe量子點(diǎn)的大小,獲得的CdSe:Ag摻雜量子點(diǎn)的熒光發(fā)射波長(zhǎng)從546nm到583nm。為了進(jìn)一步提高其熒光性能,通過(guò)外延生長(zhǎng)的方式在CdSe:Ag摻雜量子點(diǎn)外層生長(zhǎng)CdS殼層,獲得Cd

5、Se:Ag/CdS核殼量子點(diǎn),研究發(fā)現(xiàn)熒光強(qiáng)度明顯提高,相應(yīng)的量子產(chǎn)率從28%提高到37%。
　　最后,考慮到含Cd的量子點(diǎn)因其重金屬的高毒性,我們又以ZnSe量子點(diǎn)為基體,制備出熒光發(fā)射從藍(lán)光到綠光的ZnSe:Cu摻雜量子點(diǎn)。XPS測(cè)試證明Cu成功摻入基體ZnSe量子點(diǎn),XRD測(cè)試顯示其仍為閃鋅礦結(jié)構(gòu),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(diǎn)的光譜測(cè)試結(jié)果表明,與CdSe:Ag

6、摻雜量點(diǎn)相似,Cu的摻入出現(xiàn)了新的摻雜發(fā)射峰,不僅抑制了ZnSe量子點(diǎn)的本征發(fā)射,同時(shí)也改善了ZnSe量子點(diǎn)的表面缺陷態(tài)使其缺陷發(fā)射消失。結(jié)合光學(xué)圖譜及量子點(diǎn)的能級(jí)示意圖分析,Cu摻雜在ZnSe半導(dǎo)體量子點(diǎn)帶隙之間形成一個(gè)新的雜質(zhì)能級(jí),導(dǎo)帶中受激發(fā)電子與價(jià)帶空穴在雜質(zhì)能級(jí)發(fā)生輻射性復(fù)合,造成Cu的摻雜發(fā)射。此外,我們探討了回流時(shí)間及配比的對(duì)ZnSe:Cu摻雜量子點(diǎn)的熒光性能影響。在配比為Zn/Se=1.2:1時(shí),熒光發(fā)射在回流時(shí)間為60