納米半導(dǎo)體PbS中的多重激子效應(yīng)及其應(yīng)用.pdf

1、能源枯竭的危機(jī)和逐漸惡化的環(huán)境等問(wèn)題，給清潔能源的發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)。因而，太陽(yáng)能的研發(fā)與利用受到了廣泛的關(guān)注。而當(dāng)前太陽(yáng)電池的關(guān)鍵問(wèn)題是如何提高其能量轉(zhuǎn)換效率，甚至突破傳統(tǒng)單結(jié)太陽(yáng)電池的理論極限。另一方面，隨著社會(huì)的電氣化發(fā)展，制備高性能的電子元器件的重要性逐漸凸顯了出來(lái)。最近在納米半導(dǎo)體體系中發(fā)現(xiàn)的多重激子效應(yīng)為提升納米半導(dǎo)體太陽(yáng)電池的效率和制備高性能的新一代光電器件提供了一種新方案。雖然多重激子效應(yīng)從發(fā)現(xiàn)至今才只是短短的十年左右，但已

2、經(jīng)發(fā)表了大量的研究結(jié)果。本論文詳細(xì)地綜述了多重激子效應(yīng)的研究歷程、不同維度的納米半導(dǎo)體中多重激子的產(chǎn)生情況、實(shí)驗(yàn)研究手段和理論解釋方法以及光電器件方面的應(yīng)用情況，并展望了其應(yīng)用前景。
　　當(dāng)前，盡管IV-VI族窄帶半導(dǎo)體PbS具有制備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)且在遙感和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面有許多應(yīng)用，但對(duì)納米PbS中多重激子效應(yīng)的研究報(bào)道卻較少。因而，本論文較詳細(xì)地研究了PbS量子點(diǎn)中的多重激子效應(yīng)及其對(duì)太陽(yáng)電池效率的增強(qiáng)作用。
　　利

3、用多重激子效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算了納米PbS中的多重激子產(chǎn)生情況。結(jié)果表明多重激子效率IQE受光子能量hv和量子點(diǎn)尺度d（或禁帶寬度Eg）的共同影響。IQE隨光子能量hv/Eg的增加而增大，且在IQE曲線上發(fā)現(xiàn)了“臺(tái)階”狀的特征——多重激子產(chǎn)生最有特征的圖譜；IQE隨量子點(diǎn)直徑d的增加先增大后減小。納米PbS中多重激子產(chǎn)生的閾值能量Eth受其尺寸的調(diào)控，在4.00Eg到2.35Eg（tS=50 fs）或2.50 Eg（tS=150 fs）之

4、間變化。
　　利用改進(jìn)的細(xì)致平衡模型探索了多重激子效應(yīng)對(duì)納米PbS太陽(yáng)電池效率。結(jié)果表明多重激子效應(yīng)對(duì)較大尺度的PbS量子點(diǎn)太陽(yáng)電池的極限效率u(Eg)和能量轉(zhuǎn)換效率η均有增強(qiáng)效果。多重激子效應(yīng)可以將納米PbS太陽(yáng)電池的最大效率ηmax從49.0%提高到52.5%，其最佳尺度從d=4.4 nm（Eg=1.12 eV）增大到了11.6 nm（Eg=0.56 eV）?！袄硐搿倍嘀丶ぷ有?yīng)將甚至可以將最大效率提高到84.9%。但多重激子