量子點(diǎn)（QD），也被稱為半導(dǎo)體納米晶體，得益于其廉價的制造成本和獨(dú)特的光學(xué)物理學(xué)特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光電探測器和太陽能電池的設(shè)計和開發(fā)。而量子點(diǎn)的合成則是制備光電探測器和太陽能電池的重要組成部分之一，基于量子點(diǎn)的光電探測器所用到的材料主要有有機(jī)半導(dǎo)體、納米顆粒和鈣鈦礦等。

 

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，昆明物理研究所唐利斌工程師課題組在《紅外技術(shù)》期刊上發(fā)表了以“量子點(diǎn)合成及其光電功能薄膜研究進(jìn)展”為主題的綜述文章。唐利斌工程師主要從事光電材料與器件的研究工作。

 

這項(xiàng)研究對幾種不同的量子點(diǎn)合成技術(shù)進(jìn)行了概述，對國內(nèi)外不同的基于量子點(diǎn)的光電探測器和太陽能電池進(jìn)行了歸納和總結(jié)，并比較了不同種量子點(diǎn)薄膜的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，對量子點(diǎn)薄膜的發(fā)展進(jìn)行了展望。該研究著重對量子點(diǎn)的合成、紅外光電探測器量子點(diǎn)薄膜及太陽能電池量子點(diǎn)薄膜的研究進(jìn)展進(jìn)行相應(yīng)的分析與概述。

 

膠體量子點(diǎn)的吸收光譜及不同類型的量子點(diǎn)材料：(a) 不同尺寸PbS CQD的太陽光譜及光吸收示意圖；(b) 用于光電探測的不同類型的CQD

 

 

成功合成性能良好的量子點(diǎn)是制備高性能量子點(diǎn)薄膜的重要前提，自量子點(diǎn)納米晶體被發(fā)現(xiàn)以來，就有若干的文獻(xiàn)報道了眾多不同種類的量子點(diǎn)和不同的合成方法。量子點(diǎn)制備方法可分為反相微乳液法、正相微乳液法、熱注射法、超聲剝離法、液相合成法等。本研究選擇了具有代表性的反相微乳液法、正相微乳液法、熱注射法進(jìn)行介紹。

 

量子點(diǎn)紅外光電探測器及其性能

 

關(guān)于紅外光電探測器量子點(diǎn)薄膜，該研究總結(jié)了量子點(diǎn)紅外光電探測器和量子點(diǎn)光電二極管近五年的重大研究及進(jìn)展情況。關(guān)于太陽能電池量子點(diǎn)薄膜，該研究概述了近期研究情況。

 

量子點(diǎn)光電二極管及其性能

 

近年來，基于量子點(diǎn)的光電器件逐漸成為研究熱點(diǎn)，相比于制冷型光電探測器，基于量子點(diǎn)的光電探測器可以在室溫下工作。此外，因量子點(diǎn)具有尺寸可調(diào)、帶隙可控和廉價的溶液加工工藝而被廣泛應(yīng)用于光電探測器和太陽能電池的設(shè)計和開發(fā)。基于量子點(diǎn)的光電探測器和太陽能電池均取得了不錯的研究進(jìn)展，但仍面臨著一些問題：其一，使用的量子點(diǎn)材料大多數(shù)是PbS CQD，其他的無毒量子點(diǎn)的開發(fā)、制備及應(yīng)用鮮有報道，其他無毒量子點(diǎn)的開發(fā)及應(yīng)用非常重要，需要材料科學(xué)家與其他領(lǐng)域的科學(xué)家共同努力；其二，量子點(diǎn)和功能材料結(jié)合可以形成復(fù)合功能材料，從而可以發(fā)揮出各自材料的本身優(yōu)點(diǎn)，這一方面已經(jīng)有一些研究報道，但還需要進(jìn)行深入的探索和研究；其三，高質(zhì)量量子點(diǎn)薄膜對量子點(diǎn)光電器件的性能至關(guān)重要，厚度可控、大面積、高均勻性量子點(diǎn)薄膜的制備技術(shù)尤為重要，今后還需在該技術(shù)的研究上投入更多的人力、物力。

 

該項(xiàng)目獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2019YFB2203404）和云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2018HC020）的支持。該研究第一作者為昆明物理研究所碩士生鐘和甫，主要從事量子點(diǎn)光電探測材料與器件方面的研究工作。