zno纳米材料及pbs+qds_zno异质结制备和光电性能研究

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1、博士学位论文ZnO纳米材料及PbSQDs/ZnO异质结制备和光电性能研究RESEARCHONFABRICATIONANDOPTOELECTRICPROPERTIESOFZnONANOMATERIALSANDPbSQDs/ZnOHETEROSTRUCTURES李海力哈尔滨工业大学2016年9月万方数据国内图书分类号：TN155学校代码：10213国际图书分类号：621.785密级：公开工学博士学位论文ZnO纳米材料及PbSQDs/ZnO异质结制备和光电性能研究博士研究生：李海力导师：李洪涛教授副导师：矫淑杰副教授申请学位：工学博士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与

2、工程学院答辩日期：2016年9月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TN155U.D.C:621.785DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONFABRICATIONANDOPTOELECTRICPROPERTIESOFZnONANOMATERIALSANDPbSQDs/ZnOHETEROSTRUCTURESCandidate：LiHaiLiSupervisor：Prof.LiHongtaoVice-supervisor：Assoc.Prof.JiaoShujieAc

3、ademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：September,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要PbS/ZnO异质结因同时结合PbSQDs尺寸相关的能带调节效应和宽禁带半导体的形貌丰富、电子迁移率高、制备工艺简单的特点

4、而受到广泛关注，但目前主要应用于太阳能电池领域。尤其通过有机液相法合成的PbSQDs表面配位基团的存在降低了载流子在量子点中的分离和传输效率，制约了该结构在光电领域的进一步应用，尤其是在宽光谱光电探测领域的应用。针对这一现状，本文通过液相法制备了不同结构ZnO纳米材料并通过SILAR法引入实现了PbSQDs在ZnO纳米材料上的原位生长，在对ZnO纳米材料及其异质结的生长机理及工艺参数对其光电性能的影响深入分析的基础上，通过材料结构调控及制备工艺优化实现了ZnO基柔性光电探测器及PbSQDs/ZnO异质结宽光谱光电探测器制备，所取得的主要研究成果如下：液相法制备ZnO纳

5、米材料时，在不引入表面形貌控制剂的情况下，锌源种类由醋酸锌变为硝酸锌和氯化锌时，ZnO纳米材料由一维柱状结构变为一维锥状和二维片状结构。以醋酸锌为锌源时，通过延长反应物前驱体溶液搅拌和静置时间可实现一维锥状ZnO纳米材料制备，XAFS测试结果表明，经长时间搅拌和静置的反应物溶液中锌络合物中间体的构型发生由八面体向四面体转变且链长增加。利用SILAR法制备PbSQDs/ZnO异质结时，PbSQDs在ZnO纳米材料上的原位生长是通过原子键键合过程实现的。对其生长机理的分析结果表明，低介电常数溶剂的使用及反应物浓度的降低有利于小尺寸、均匀分布的PbS量子点的制备且SILAR

6、法制备的PbSQDs/ZnO异质结界面处存在与浸蘸顺序相关的ZnS或PbO界面薄层。工艺参数对PbSQDs/ZnO异质结的光电性能的影响的研究结果表明：溶剂种类及SILAR顺序对PbSQDs/ZnO异质结的光电性能具有较大影响，用醇水体积比2:1的混合溶液作溶剂或采用先Pb(NO3)2后Na2S的浸蘸顺序有利于II型PbSQDs/ZnO异质结的制备。在纸基衬底上，通过石榴结构ZnO的引入实现了ZnO柔性光电探测器的制备。制得器件的暗电流值为nA数量级，光响应的上升和下降时间分别为4.3s和16s。对探测器工作原理的分析结果表明，该结构中的ZnO纳米晶尺寸与O2吸附和脱

7、附过程形成的耗尽层宽度相当，处于耗尽状态的纳米晶使器件的暗电流大幅降低。且石榴结构由晶界引起的能带调节效应促进了生载流子的分离-I-万方数据哈尔滨工业大学工学博士学位论文和器件响应度和响应速度的提高。PbSQDs/ZnO异质结的拉曼测试结果中，与缺陷态相关的ZnOA1(LO)峰强度的增加表明SILAR法制得的异质结结构中缺陷的存在，通过不含水溶剂的使用及浸蘸顺序的调控不仅实现了连续分布的PbSQDs在ZnO上生长且利用该PbSQDs/ZnO异质结实现了探测波长范围从340nm到840nm的宽光谱光电探测器。关键词：ZnO；PbSQDs/ZnO；水热法