基于液相晶种操纵技术的纳米异质结功能材料的制造和应用研究

随着半导体纳晶功能化应用的深入，迫切需要发展可在纳米尺度功能化裁剪单个粒子的技术。本项目拟开展晶种操控技术（即利用晶种的外延生长、掺杂合金化、定位组装）构造半导体纳米异质结结构的相关研究；着眼于探索和利用纳晶操控过程中内在的调控机制与界面效应，发展纳米尺度的精细化和模块化加工技术，建立多种类型（核壳结构、合金结构、尖端/分段/直接耦联结构等）纳米异质结构的优化制造工艺。在此基础上，探索纳晶组成/结构/形貌与其光电性质以及器件性能的关联规律，设计和制造出具有优异光电特性的纳米异质结构新材料，构建基于纳晶材料的高性能光电器件。因此，本项目不仅有望为纳米材料领域提供一种精细化和模块化制造新技术，而且也将为开展纳米晶体的外延、掺杂、组装等相关研究奠定理论与技术基础；此外对纳晶结构特性与其光电性质之间关联规律的揭示，将有力地推动低成本、高效率、高性能纳晶基光电器件的发展。

针对纳米制造领域缺乏可在纳米尺度裁剪单个粒子的超微加工技术的现状，本项目提出了利用液相晶种操纵策略（即利用晶种的外延生长、掺杂合金化、定位组装）来实现对单个粒子精细加工的新思路。为此，本项目开展了利用晶种操控技术构造多种半导体纳米异质结结构的相关研究，考察了纳晶操控加工过程中存在的多种调控机制与效应；发展了纳米尺度的精细化和模块化制造技术。在此过程中,本项目取得了如下研究成果：（1）建立了多种类型（核壳、合金、耦联等）纳米异质结构的晶种操控制造新工艺，特别是开发了利用“选择性造核结合晶种外延生长、定位组装以及聚集组装”等策略来制备高质量半导体分叉纳米棒、超长超细纳米线以及单分散纳米微球等一系列合成新工艺；（2）探究了以特定量子点和量子线为核心的晶种外延生长特点及影响因素，获得了一些高错配体系（例如CdSe/CdTe）的液相选择性外延和核壳外延生长规律；（3）利用“形核掺杂结合缺陷调控”策略合成了高量子产率且发射波长可调的非计量比CuInS2量子点，发现存在Cu/In 比的“off-Stoichiometry”效应；（4）利用循环伏安技术解析出II-VI族半导体纳晶的尺寸、配体、组成以及壳层结构对其能级结构的影响规律。此外，（5）本项目还通过溶液加工的方法在ITO电极上制备了金属氧化物透明半导体薄膜，将其取代酸性透明导电聚合物PEDOT:PSS用作聚合物太阳电池的阳极修饰层，改善了器件的光伏性能和稳定性。