表面配体对无机半导体纳米晶形貌、自组装及光电性能影响研究

摘要

近年来，纳米材料因其独特的物理化学性能一直是人们的研究热点。物理、化学、材料、机械和电气工程等各个领域的科学家都对此进行了研究。而半导体纳米晶由于其性能具有独特的尺寸依赖性，在太阳能转换、照明、显示屏技术和生物标记等领域均有着广泛的应用前景。目前已经有许多可以精准控制纳米晶尺寸和形貌的合成方法被研究出来，人们在研究纳米晶成核与生长的过程中也逐渐了解到表面配体对纳米晶形貌及其性能的影响，而要使半导体纳米晶可以更好的应用于相关领域中，就必须可以精准的控制纳米晶的尺寸、形貌与性能，因此，本文中我们通过研究表面配体对半导体纳米晶性能的影响，旨在设计出可以更好的应用于相关器件中的半导体纳米晶，主要包括两方面内容:一、研究有机配体对半导体纳米形貌及自组装性能的影响;二、对半导体纳米晶表面配体进行设计，使用无机配体成功取代纳米晶表面的有机配体，进而得到具有良好光电性能的半导体纳米晶。
　　主要内容如下:
　　1.选取癸酸与油胺作为表面活性剂，采用无注入“一锅法”，通过乙酰丙酮金属络合物分解合成高质量、可规模化生产的PbSe和PbTe纳米晶，研究表面配体对PbSe和PbTe纳米晶形貌及自组装性能的影响。在反应过程中采用“绿色”方法合成Se和Te的前驱体，采用一锅法合成PbSe和PbTe纳米晶，通过改变表面活性剂（癸酸与油胺）的摩尔比，结合反应时间与反应温度的变化，可以较容易的得到球形(粒径为6.5nm与8.3nm)和立方形（边长为12-16nm）的PbSe纳米晶，以及球形（粒径为8nm）和立方形（边长为14-18nm）的PbTe纳米晶。通过X-射线衍射(XRD)和选择性区域电子衍射(SAED)表征表明所合成的纳米晶均为岩盐立方结构。透射电子显微镜(TEM)图像则显示所合成的PbSe和PbTe的纳米晶体具有较窄的粒度分布。而且通过进一步研究发现，在表面配体油胺的作用下，所合成的PbSe和PbTe纳米晶均可自组装为有序结构。
　　2.根据无机配体对半导体纳米晶性能的影响，采用导电性能良好的(NH4)4Sn2S6无机配体成功取代CuInS2(CIS)半导体纳米晶表面导电性能差的有机配体，得到具有良好电荷传输性能的全无机CIS半导体纳米晶。首先在有机溶剂中合成出尺寸可控的三角形CIS半导体纳米晶，在环境友好的溶剂中利用小分子(NH4)4Sn2S6无机配体取代长链的有机配体得到金属硫化物包覆的CIS纳米晶。通过紫外吸收、红外光谱、电子显微镜、X射线衍射、热重、X射线光电子能谱以及动态光散射等表征手段对配体交换前后CIS纳米晶的性能进行了检测，结果表明无机[Sn2S6]4-配体完全取代了CIS纳米晶表面的有机配体，成功地得到了全无机CIS纳米晶。由于配体交换后CIS纳米晶的电子耦合能力增强，其薄膜的电荷传输性能有了大幅度提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机配体对半导体纳米晶合成的影响

1．2．1 有机相半导体纳米晶的合成

1．2．2 配体在有机相纳米晶合成中的作用

1．3 半导体纳米晶的表面配体设计

1．3．1 长烃链有机配体的除去以及与小分子间的交换

1．3．2 交联表面配体

1．3．3 金属硫化物表面配体

1．4 半导体纳米晶的应用

1．4．1 发光器件

1．4．2 太阳能电池

1．4．3 光电探测器

1．4．4 场效应晶体管

1．5 本论文选题依据与研究思路

参考文献

第二章 有机配体对PbSe和PbTe半导体纳米晶形貌与自组装性能的影响

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 合成乙酰丙酮铅(Pb(acac)2)

2．2．3 Se前驱体溶液的制备

2．2．4 Te前驱体溶液的制备

2．2．5 合成不同形貌的PbE(E=Se，Te)纳米晶

2．3 结果与讨论

2．3．1 PbSe和PbTe纳米晶的合成过程

2．3．2 PbSe和PbTe纳米晶的形貌表征及形貌控制机理

2．3．3 PbSe和PbTe纳米晶的自组装

2．4 实验结论

参考文献

第三章 金属硫化物配体对CuInS2纳米晶光电性能的影响研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 合成有机配体包覆的CuInS2纳米晶

3．2．3 合成SnS2

3．2．4 合成无机配体Na4SnS4

3．2．5 合成无机配体(NH4)4Sn2S6

3．2．6 利用Na4SnS4无机配机包覆CIS纳米晶

3．2．7 利用(NH4)4Sn2S6无机配体包覆CIS纳米晶

3．2．8 制备配体转移前后CIS纳米晶薄膜

3．3 结果与讨论

3．3．1 CIS纳米晶配体(Na4SnS4)交换前后组成与结构表征

3．3．2 CIS纳米晶配体((NH4)4Sn2S6)交换前后组成与结构表征

3．3．3 利用(NH4)4Sn2S6实现配体交换后CIS纳米晶的稳定性

3．3．4 CIS纳米晶配体((NH4)4Sn2S6)交换前后的光学性能与电荷传输性能表征

3．4 实验结论

参考文献

总结与展望

攻读学位期间发表及完成的学术论文

致谢