多孔Al2O3/CdSe量子点异质结的可控制备及其光电性能研究

Controlling the transport of photogenerated carriers is an effective pathway to improve the photoelectric conversion performance of quantum dot heterojunction devices, and it is also an important way to reduce the non-radiative reconstruction of photo electron-hole and reduce the dark noise. Previous studies have shown that nano-alumina microstructures can be used not only as template materials, but also for surface passivation materials. Moreover, the defect level and surface hydration layer can absorb negative ions, which can be used to make heterojunction of quantum dots. Moreover, the polarizing ligand molecules can selectively suppress the surface defects of the nano alumina and transfer the direction of the energy level of the quantum dots downward or upward. Accordingly, a picosecond pulse laser microfluidic electrochemical deposition (L-MECD) method is proposed to control the photoelectric conversion performance of heterojunction of a porous Al2O3/CdSe quantum dot...The project makes use of L-MECD method to prepare porous Al2O3/CdSe quantum dots with a polarizable ligand molecules, and then to control the photoelectric conversion properties of heterojunction. The photogenerated carrier transport model with polarizing ligand intermediate layer was established on the porous Al2O3/CdSe quantum dot. A method for preparing the quantum dot heterojunction in situ was obtained. These results will provide new ideas for the next generation of photovoltaic, optical detection, LED, and high precision biosensors.

调控光生载流子的输运是提高量子点异质结器件光电转换性能的有效手段，也是减少光生电子—空穴对非辐射重构，降低暗噪声的重要途径。前期研究表明，具有纳米氧化铝微结构的缺陷能级和表面水合层能吸附带负电离子的特性可以用来与量子点联合制成异质结；同时，极化配体分子能够对纳米氧化铝表面缺陷有选择性地压制，并能向下或向上转移量子点能级移动方向。据此，提出采用皮秒激光微流体电化学沉积（L-MECD）方法调控制备多孔Al2O3/CdSe量子点异质结提升光电转换性能。. 项目拟采用L-MECD法制备具有极化可控的配体分子中间层的多孔Al2O3/CdSe量子点异质，进而调控异质结的光电转换性能；建立具有极化配体中间层的多孔Al2O3/CdSe量子点异质光生载流子输运模型，获得一种非原位沉积的量子点异质结制备方法。本研究将为下一代的光伏、光探测、LED、高精度生物传感器的研究提供新的思路。

光生载流子的输运特性是衡量量子点异质结器件的重要参数，决定了结型器件的性能和用途。在量子点异质结光电器件中，常采用宽带隙的金属氧化物作为光生电子传导材料，常用的有 TiO2,SiO2,MgO等。相比这些金属氧化物，氧化铝具有更宽的带隙和稳定的物理化学性质，常被作为绝缘材料使用，但这也为调控它的带隙提供了便利，如：可以利用它的表面缺陷控制它的缺陷能级，使它的缺陷辐射能覆盖从紫外到可见光的范围。多孔氧化铝薄膜具有较高的孔隙率和比表面积等独特的物理化学性质，是理想的宽带隙电子传输材料，值得进一步探索它在光电材料领域的潜力。. 项目采用胶体CdSe量子点作为光活性材料，采用微流体电化学沉积的方法，制备了多孔Al2O3/CdSe量子点异质结。为了平衡光生电子-空穴的传输速度，提高光生载流子的输运效率，在异质结中间引入了不同类型的配体分子，探索了异质结的载流子输运特性的它的光电性能。主要研究了（a)相比有机物的羧基配体的CdSe/Al2O3异质结，采用金纳米粒子作为配体分子后，在Au/Al2O3界面和Au/CdSe量子点界面的光吸收分别增强了18倍和31倍，而荧光增强发生在多个界面，且Au/CdSe的界面荧光增强达4.5倍以上；(b)采用纳米TiN作为配体分子，能够有效地降低CdSe量子点的光生电子输运，平衡电子和空穴的输运速率；(c)以金纳米粒子作为配体分子，CdSe/Au/Al2O3异质结的光伏性能获得了显著地提高，其开路电压约0.8V，短路电路约15mA/cm2。. 项目的研究的理论与方法可以为纳米氧化铝基光电探测器件、光伏器件等研究提供重要的思路和方法，也为进一步推动量子点异质结器件的研究拓展应用范围提供基础。