CuInS2量子点组成与结构的精细调控及其光物理性能优化

This project deals with the compositional and structural control of CuInS2 quantum dots by finely tuning the synthetic method and the reaction conditions to investigate the effect of both element distribution and concentration gradient on their optical properties and photovotaic performance. We will optimize the photophysical performance of CuInS2 quantum dots, including the luminescence efficiency, life time, photo and thermal stability by carefully studying the luminescence mechanism via numerous types of ultrafast spectroscopy methods. Our worthwhile work will surely provide us a series of quantum dots and synthetic routes for the improvement of the next generation quantum dots based light emitting diode and solar cells. The advantages of this project are as follows: 1. The size, morphology, composition, structure and the band gap structure of as-synthesized CuInS2 quantum dots can be tunable and controllable in a large synthetic window. 2. The photophysical properties of CuInS2 quantum dots will be investigated with multiple time-resolved spectroscopy methods from different aspects to give a full picture of the material. 3. These research findings will provide valuable theoretical assistant and applicable materials for the development of the next generation quantum dots based opto-electric devices.

本项目主要通过合成方法与合成条件的精细调控，实现对CuInS2量子点组成、结构的控制，重点开展CuInS2量子点元素分布与浓度梯度情况对其光学性质与光电性能影响方面的研究。并结合多种超快光谱手段，通过对CuInS2量子点发光特性与其它光学性质的比较分析与总结，优化CuInS2量子点在发光效率、荧光寿命与光、热稳定性等方面的光物理性能，为新一代的量子点发光二极管与量子点太阳能电池等光电器件的优化提供性能优异的量子点材料以及最优的合成路线。本项目具有如下优点：1. 我们研究的CuInS2量子点的在尺寸、形貌、组成、结构与带隙等多方面具有可调可控特性；2. 本项目将结合多种时间分辨激光光谱学手段，多角度全面地对CuInS2量子点的光物理性质进行研究分析；3. 本项目的研究结果将为研制新一代的量子点光电器件提供重要的理论分析与实用材料。

半导体量子点在量子点发光二极管、量子点太阳能电池和量子点生物传感、检测与标记等领域有着巨大的发展潜力。相比于传统的II-VI、III-V族等半导体量子点，以CuInS2为代表的黄铜矿类材料具有更加丰富的元素组成、更为灵活的结构与更宽范围的带隙可调控性，在光电性能方面的表现更为出色。CuInS2量子点有着三元或更多元的组成，并且其内部组成也可以通过掺杂或合金化等方式在很大范围实现可调。本项目的主要研究工作涉及两个方面，一方面是量子点材料的设计合成与基本表征，另一方面是量子点材料的光学与电学性质测试与解析。我们从CuInS2量子点合成与基本表征出发，通过调控此类量子点的组成与内部精细结构并结合系统的飞秒超快光谱学与丰富的电学测试手段开展量子点内部结构组成与其光电物理性质相关性方面的研究。在量子点光学与电学性质测试与解析方面，本项目利用时间分辨瞬态光谱和和电荷载流子提取等电学手段相结合对CuInS2量子点的激发态弛豫和长寿命发光开展了全面的探测，并结合变温测试在不同温度下开展全面和细致的光学与电学测试，获得了丰富的信息来深入理解量子点的光电物理机制。筛选出具有较好的光电物理性质的CuInS2量子点。