光电材料的光电性能测试
实验讲义
量子点是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出光的颜色，由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴（Electron hole）的特性，这一特性类似于自然界中的原子或分子，因而被称为量子点。量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20 nm之间。常见的量子点由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素组成。具体的例子有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等。
图1半导体量子点的发光照片
量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有宏观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质，在非线形光学、磁介质、催化、医药及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景，同时将对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究发生深刻的影响。 一．实验目的 1．了解量子点材料；
2．了解量子点材料的发光原理； 3．了解真空旋转涂膜机的操作。 二．实验原理
由于受量子点尺寸限域效应的影响，半导体量子点的发光原理如图2 所示，当一束光照射到半导体量子点材料上，半导体量子点受光激发后能够产生电子-空穴对(即激子)，电子和空穴复合的途径主要有：(1) 电子和空穴直接复合，产生激子态发光。由于量子尺寸效应的作用，所产生的发射光的波长随着颗粒尺寸的减小而蓝移；(2) 通过表面缺陷态间接复合发光。在纳米颗粒的表面存在着许多悬挂键，从而形成了许多表面缺陷态。当半导体量子点材料受光激发后，光生载流子以极快的速度受限于表面缺陷态而产生表面态发光；(3) 通过杂质能级复合发光。如果量子点的表面存在着许多缺陷，对电子和空穴的俘获能力很强，电子和空穴一旦产生就被俘获，使得它们直接复合的几率很小，从而使得激子态的发光就很弱，甚至可以观察不到，而只有表面缺陷态的发光。为了消除由于表面缺陷引起的缺陷态发光而得到激子态的发光，常常设法制备表面完整的量子点或
者通过对量子点的表面进行修饰来减少其表面缺陷，从而使电子和空穴能够有效地直接复合发光。
图2半导体量子点的光致发光原理图
三．实验步骤
实验物品：量子点、石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯(PVC)基片 实验试剂：乙醇
1．量取聚乙烯吡咯烷酮乙醇分散液5 mL；
2．称取量子点、石墨烯等材料约0.1~0.5 g；加入到聚乙烯吡咯烷酮乙醇分散液中，充分搅拌5~10 min，得到量子点(或石墨烯)聚乙烯吡咯烷酮乙醇分散液； 3．用乙醇将PVC基片表面清洗干净，烘干备用；
4．称取量子点(或石墨烯)聚乙烯吡咯烷酮乙醇分散液0.5~1 mL，将其滴加在PVC基片上，利用旋转涂膜机进行旋涂，控制旋涂时间（低转速~500转/分~30 s；高转速~2000转/分~20 s）与旋涂次数（1~2次），完成量子点(或石墨烯)聚乙烯吡咯烷酮薄膜的沉积，并将其放置于真空干燥箱中烘干；
5．测试量子点聚乙烯吡咯烷酮薄膜的吸收光谱和荧光光谱，测试石墨烯聚乙烯吡咯烷酮薄膜的透射光谱与电导率。 四．思考题
1．量子点材料的尺寸限域效应？ 2．量子点材料的发光原理？
光电材料的光电性能测试实验 - 图文
