近红外胶体量子点发光特性及其发光器件的设计与研制

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xdzc2009cccc
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传统的量子点生长方法如MOCVD、MBE等往往要求量子点材料与衬底具有良好的晶格匹配,而且对设备的要求较高。胶体量子点作为一种分散在溶液中的量子点材料,由于生产成本低,通过旋涂法可与任意衬底集成的优势,近年来越来越引起科研人员的研究兴趣。胶体量子点在太阳能电池、光探测器、调制器、发光及显示器件中正展现出广阔的应用前景和巨大的发展潜力。  对于可见光胶体量子点的研究已经比较成熟,基于量子点的发光二极管及柔性显示器已经开始进入商业化应用阶段。但对于近红外胶体量子点的研究,尤其是近红外胶体量子点发光器件,尚未从实验室走向大规模应用。近红外胶体量子点具有可见光量子点所没有的独特性质,其有望用作光通讯领域中的光源。本论文以近红外胶体量子点为基础,主要对量子点的发光性质及以它为基础的发光器件进行了研究。主要工作概括如下:  1.通过模拟计算,设计了高效率的光子晶体微腔-波导耦合器件,以及可用于增强量子点的光致荧光辐射的高角度容忍度的光子晶体平板结构。本论文从理论上进行了光子晶体微腔与波导耦合器件的设计,目的是要结合光子晶体制作出高性能的量子点发光器件。理论计算表明:在微腔-波导耦合结构的设计中,微腔与波导各自轴向成60°倾斜放置的结构,在微腔与波导间隔不同的空气孔时都具有比微腔-波导直线放置的结构更低的Q值,证明了倾斜放置的微腔-波导结构具有更高的耦合效率;在利用传导效应增强表面量子点发光的光子晶体平板结构的设计中,通过对比空气孔光子晶体平板结构和介质柱光子晶体平板结构,证明介质柱光子晶体平板结构具有更好的角度容忍性,通过改变光子晶体平板中相互垂直的两个方向上的周期,可以进一步优化角度容忍性能,并保持较高的Q值。  2.利用胶体化学的方法,分别合成了水溶性的PbS胶体量子点,和油溶性的PbSe胶体量子点。通过改变合成条件,得到了不同粒径分布的PbSe胶体量子点,并进行了表征。光致发光谱证明,所得到的PbSe胶体量子点具有在近红外波段(1200~1700nm)的发光,为制作胶体量子点近红外发光器件奠定了基础。  3.通过改变环境条件(包括温度、光照处理和泵浦功率),对胶体量子点的发光稳定性进行了研究。实验结果和理论分析表明:量子点的发光谱峰值强度、峰值波长以及半高全宽与温度、湿度、光照、氧气以及泵浦功率等因素相关。其中温度相关性还依赖于量子点的粒径:大粒径的胶体量子点发光峰随温度升高的变化趋势与体材料一致,而小粒径的胶体量子点发光峰随温度升高的变化趋势与体材料的相反,理论分析其机制在于小粒径量子点中的量子受限效应对能级结构的影响超过晶格振动对能级结构的影响。  4.利用旋涂的工艺,制作了基于PbSe胶体量子点的有机/无机复合结构的近红外发光器件,实现了胶体量子点的电注入发光。器件结构以PEDOT为空穴传输层,以MEH:PPV包裹PbSe量子点增强导电性,将合成的ZnO纳米晶体旋涂成膜作为电子传输层。电注入发光器件的开启电压约为3V,发光波长为1200nm~1400nm。
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