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高性能二维过渡金属硫化物及钙钛矿CsPbBr3纳米晶异质结器件(3)

时间:2024-11-27 21:13来源:98864
1.2.2无机钙钛矿(CsPbX3)量子点量子点(Quantumdots,QDs)因为独特的光学和电学性能,在许多领域具有潜在的应用 (比如照明、光电探测器和太阳能电池等

1.2.2无机钙钛矿(CsPbX3)量子点量子点(Quantumdots,QDs)因为独特的光学和电学性能,在许多领域具有潜在的应用

(比如照明、光电探测器和太阳能电池等[30-35]),特别是在照明和显示领域,已经处于商业化阶段。已经报告的钙钛矿量子点(MPbX3,M=CH3NH3,Cs;X=Cl,Br,I)拥有尺寸可调,宽带吸收,窄发射光谱和高光致发光效率[36-39]。然而,以往的研究中有一些问题阻碍了实际应用的规模生产,例如反应温度高和表面钝化。热注射方法(hotinjection,HI)是制备量子点最流行且最有效的方法,但是热注射过程繁琐,高温和惰性气氛不可避免,这将会提高生产成本,且当制造量增加时,注入剂在热注射过程中会降低产品的质量和分散性。

李晓明等人[40]首次报告了CsPbX3量子点的室温合成法。无机钙钛矿量子点(inorganicperovskitequantumdots,IPQDs)的合成是根据在室温下运行的过饱和重结晶进行设计的,通过将Cs+,Pb2+和X-离子从可溶性溶剂转移到不溶性溶剂中,几秒钟后完成,不再需要惰性气体和注入。即使在室温下结晶,但IPQDs同样具有优异的光学性能。本实验制备的钙钛矿量子点即为室温合成法。

1.2.3异质结及其能带图[41]

本实验制备的器件为异质结器件,除了MoS2薄膜和CsPbBr3钙钛矿接触成异质结,还涉及到Au与MoS2(n型)的接触(本实验不考虑表面态,制备的器件会退火以降低表面态的影响)。如表1.1所示,为MoS2和CsPbBr3能带的相关参数。Au的功函数Wm=E0-(EF)Au=5.2eV,MoS2的Ec1=-3.3eV,Ev1=-5.7eV。由于MoS2的EF1会随杂质浓度变化,则W1=E0-EF1不确定。

假设Wm>W1,则Au与MoS2接触时,由于(EF)Au低于EF1,电子从MoS2转移到Au。Au表面带负电,MoS2表面带正电。随着MoS2和Au的距离变小,积累的电荷增加。因为MoS2存在自由电荷密度的限制,正电荷会在一定厚度的表面层内积累,形成MoS2空间电荷区。,MoS2空间电荷区的电场方向由体内指向表面。MoS2的表面电子的能量高于体内,能带向上弯曲,形成表面势垒。MoS2表面的电子浓度低于体内,形成阻挡层,最终会阻碍电流的传输。

表1.1 MoS2和CsPbBr3相关参数

MoS2 CsPbBr3

导带底 Ec1=-3.3eV Ec2=-4.2eV

价带顶 Ev1=-5.7eV Ev2=-6.0eV

费米能级 EF1 EF2

禁带宽度 Eg1=2.4eV Eg2=1.8eV

电子亲和能 χ1=3.3eV χ2=4.2eV

功函数 W1=E0-EF1 W2=E0-EF2

如果Wm<W1,同理,负电荷积累在MoS2表面层,产生的空间电荷区由MoS2表面指向体内,最终形成反阻挡层,是一层很薄的高导电层,但对接触电阻的影响很小。

MoS2和CsPbBr3为两个半导体接触,同样由于杂质浓度的影响,EF1和EF2大小不确定。假设EF1<EF2,即W1>W2。当MoS2和CsPbBr3接触时,由于EF2高于EF1,电子从CsPbBr3转移到MoS2上,CsPbBr3表面带正电,MoS2表面带负电。距离越近,积累电荷越多。由于自由电荷密度的影响,分别在CsPbBr3和MoS2产生空间电荷区。CsPbBr3空间电荷区的电场方由体内指向表面,能带向上弯曲;MoS2空间电荷区的电场方向由表面指向体内,能带向下弯曲。

如果W1<W2,同理,CsPbBr3空间电荷区的电场方向由表面指向体内,能带向下弯曲; 高性能二维过渡金属硫化物及钙钛矿CsPbBr3纳米晶异质结器件(3):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205122.html

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