Mn掺杂II-VI胶体量子点薄膜光电特性研究与调控

Owing to the substantial Stokes shift, outstanding photo- and chemical stability, Mn-doped quantum dot(d-dot) thin film shows great advantages over those undoped counterparts in obtaining high optoelectronic performance and optical/chemical stability. As an alternative to Cd-based QD, d-dot may receive more research attention in its optoelectronic applications. However, understanding of the optoelectronic properties and mechanisms of the d-dot thin film is still limited, which has restricted their applications. For this reason, systematic study will be carried out on Mn-doped II-VI QD thin film, to have better understanding of its optoelectronic characteristics and the regulation methods. Exciton dynamics and charge transport mechanism of the d-dot film will be investigated, while QD properties, doping concentration and distribution will be studied as key factors that determine the optical and electronic properties of the thin film. After that, regulation and optimization of the thin film properties will be studied, meanwhile modification of the material chemistry will be proposed, accordingly.

由于具有大斯托克斯位移和优异的光学/化学稳定性，Mn掺杂量子点在改善薄膜性能和稳定性等方面显示出常规量子点所不具备的特殊优势，且有望作为Cd基量子点的可替代选择，在未来光电子器件相关领域中获得更加广泛的研究和应用。然而，对于Mn掺杂量子点薄膜光电特性的形成机理和影响因素，目前仍缺乏清晰和系统的认识，这制约了相关器件的应用研究和性能提升。为此，本项目拟针对Mn掺杂II-VI量子点薄膜的光电特性及调控方法开展系统性的研究，以更加深入地了解薄膜光电特性的形成机理，阐明薄膜载流子动力学和电荷传输机制，揭示掺杂浓度和分布等对薄膜性能的影响。在此基础上，研究针对薄膜量子效率、载流子寿命、电荷迁移率等性能的调控方法，并从薄膜性能优化的角度，提出量子点合成、掺杂、修饰及薄膜工艺等方面的改进方案。研究成果将为Mn掺杂量子点薄膜相关光电子器件的设计和优化提供理论依据和技术铺垫。

由于具有优异的光学稳定性、大斯托克斯位移和低自吸收等光学特性，Mn掺杂量子点有望在未来光电子器件相关领域中获得更加广泛的研究和应用。然而，对于Mn掺杂量子点薄膜的光电特性，目前仍缺乏清晰和系统的认识。本项目针对Mn掺杂II-VI化合物及钙钛矿量子点的掺杂调控以及薄膜的光电特性开展研究。项目采用Layer-by-Layer（LBL）热注入生长工艺实现了PbS量子点尺寸及其中Mn杂质径向分布的调控。通过构建场效应晶体管结构对其薄膜电学特性进行测试，系统地研究了表面配体、退火温度、环境氧化、Mn掺杂等因素对薄膜迁移率的影响。此外，项目尝试采用具有强激子束缚和禁带宽度可调的钙钛矿纳米片作为研究激子-Mn作用以及薄膜掺杂效应的平台。针对CsPbBr3体系中不易获得Mn的高效掺杂和强激子-杂质作用，本项目提出了一种新的掺杂策略，即利用配体诱导钙钛矿纳米晶相转变方法制备Mn掺杂CsPbX3（X=Br，I）纳米片，获得了高掺杂效率、强激子束缚、高量子效率Mn PL发光。