核壳结构硫系半导体纳米量子点掺杂与光电性能调控

The use of intentional impurities into crystallites of a few nanometers in scale, or dopants, to control the behavior of materials has become a hot research topic in recent years. It can find applications in the area of optoelectronic devices and other electronic devices. In this project we use a two-step wet chemical method to grow epitaxially doped core-shell chalcogenide nanocrystals (quantum dots or QDs) at low temperature (room temperature). The ligand and shell outside QDs can passivate surface defects effectively and can avoid or limit dopant diffusion of metal ions in chalcogenide QDs. The influence of doping effect to energy band structure, electric transport properties of core-shell chalcogenide QDs has been studied. We investigated the energy transfer and photoluminescence enhancement produced by metal ions doping. This can explain the photon absorption process in doped chalcogenide semiconductor QDs. Those provide the basis for photovoltaic solar cells and other optoelectronic devices.

半导体纳米量子点的掺杂方法、掺杂机制以及通过掺杂来调控其电学或光学特性，一直是近几年来国内外研究的热点和前沿课题，在光电子器件中有着的巨大的应用前景。本项目采用低温下（常温）的化学反应进行掺杂，选择合适的配体外延生长壳层，钝化纳米量子点表面缺陷；同时利用在核壳结构交界处的电场，排斥带正电的金属，实现核壳结构硫系半导体纳米量子点金属掺杂，再利用化学层状生长的方法将单分散的核壳结构掺杂硫系半导体纳米量子点通过自组装，分别形成p型和n型纳米晶薄膜，研究掺杂对其能带结构、电学输运性质等的影响，并研究掺杂引起的能量转移和荧光增强原理，增加我们对掺杂硫系半导体纳米量子点的光吸收、光增强、光电转换等物理过程的认识，达到掺杂调控半导体纳米量子点的电学性质和光学性质的目的，为进一步实现高效率的荧光发光器件及太阳能电池器件应用打下良好的基础。

本项目的研究目的是研究半导体纳米量子点的掺杂方法、掺杂机制以及通过掺杂来调控其电学或光学特性，我们得到以下成果：1）采用成核掺杂方法获得质量高的的ZnSe:Eu QDs，光发射谱观察到ZnSe量子点主要作为敏化剂对掺杂的Eu离子通过能量传递产生荧光敏化增强 2）制备了CdTe/CdS量子点（QDs）/Au纳米颗粒（NPs）复合膜，利用Au NPs局域表面等离激元增强光荧光效应，得到了增强荧光强度的CdTe/CdS量子点（QDs）薄膜，大大改善CdTe/CdS QDs薄膜荧光性能。3）研究了掺杂碲化镉量子点的硅纳米线/PEDOT：PSS的混合太阳能电池，发现在300纳米至600纳米波段范围电池外量子效率（EQE）和功率转换效率均得到提高;为进一步实现高效率的荧光发光器件及太阳能电池器件应用打下良好的基础 4) 研究了纳米尺度下Zn掺杂的非晶态硫系半导体材料GST薄膜的结构表征、光电特性及其相变性质，研究了不同Zn掺杂浓度的Zn-GST薄膜的电学性质，I-V测试表明在置位和复位特性方面锌掺杂的锗锑碲薄膜比纯锗锑碲薄膜具有更高的置位和复位电压，并通过Zn掺杂的比例可调控薄膜的电学性质。